2.1漿料攪拌方式的影響

不僅物質(zhì)本身的理化性質(zhì)可以對電極電化學(xué)性能產(chǎn)生影響，漿料制備的分散方式也對電極電化學(xué)性能產(chǎn)生較大影響。下面將對流體力剪切分散、球磨分散和超聲分散三種分散方式對電極電性能產(chǎn)生的影響作簡要說明。

2.1.1流體力剪切分散影響

流體力剪切分散主要依靠分散器中的分散槳作用于流體媒介產(chǎn)生剪切力，使?jié){料中的各物質(zhì)均勻混合。剪切力的大小受剪切速率、漿料中集聚顆粒的截面積和漿料粘度影響。在漿料制備過程中包含兩個(gè)子過程：顆粒的分散與再結(jié)合。只有當(dāng)兩個(gè)過程達(dá)到平衡時(shí)漿料才處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

傳統(tǒng)工藝中的葉輪剪切/循環(huán)特性，可以把葉輪的作用分為兩大類：第一類是對葉輪附近產(chǎn)生的剪切作用；第二類則是通過葉輪泵出的流量產(chǎn)生循環(huán)作用。漿體的進(jìn)一步分散作用主要依靠葉輪的剪切作用，而葉輪的流量決定了葉輪的分散能力。在離葉輪端部較遠(yuǎn)的區(qū)域，總會存在一層漿料始終停滯不動(dòng)，這個(gè)區(qū)域也就是人們常說的“死區(qū)”。所用的分散設(shè)備的工作面積越大，加之制備的漿料的粘度越高，“死區(qū)”的問題就會越嚴(yán)重。就算使用不一樣的葉輪及分散結(jié)構(gòu)，死區(qū)的問題還是不能完全解決，所以在制備鋰離子電池漿料時(shí)，所制得的電池漿料就會出現(xiàn)分散不均勻、粉體顆粒與粘合劑接觸不均勻、易分層和發(fā)生硬性沉淀等一系列問題。

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鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個(gè)過程一直都會存在于鋰離子電池漿料制備的整個(gè)流程。把雙行星分散設(shè)備作為宏觀混合單元溶入到鋰離子電池漿料快速分散系統(tǒng)之中，把超剪切分散裝置作為微觀分散控制單元，這將會大大提高了鋰離子電池漿料的分散效果和效率。

采用這種基于流體剪切分散設(shè)備制備的漿料，其顆粒分散與結(jié)合達(dá)到平衡時(shí)的顆粒尺寸一般大于100nm，也就是說，即使初始顆粒的尺寸是幾納米或幾十納米，最終制備的漿料粒徑尺寸一般也會大于100nm。在漿料內(nèi)部顆粒分散與再結(jié)合的過程中，再結(jié)合的顆粒密度要比初始沒分散時(shí)要大，孔隙率減小。隨著剪切強(qiáng)度的增大，孔隙率逐漸減小，不利于Li+的大量傳輸。但隨著剪切強(qiáng)度增大，漿料混合的均勻程度越高，達(dá)到平衡時(shí)的顆粒粒徑越小，因此需要在電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)與漿料混合程度之間尋求一個(gè)合適的剪切強(qiáng)度進(jìn)行分散。另外，剪切力過大還會打斷粘結(jié)劑的分子鏈，使分子鏈長度變短，削弱粘結(jié)劑的作用。因此是否選用高剪切分散要充分考慮活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑的顆粒尺寸、平衡后的粒徑尺寸、漿料密實(shí)度與粘結(jié)劑的自身性質(zhì)。

2.1.2球磨分散影響

球磨分散也被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池漿料的分散。這種分散方法在制備漿料時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)，如沒有預(yù)混合步驟、維修費(fèi)用低、沒有溶劑揮發(fā)和污染、操作簡單等。但球磨分散的缺點(diǎn)是效率低，需要很長的分散時(shí)間才能達(dá)到要求的分散程度。

利用球磨法分散三元正極材料時(shí)可以減小材料粒徑，其減小程度與球磨時(shí)間和球磨速度有關(guān)。在輕度球磨的條件下，球磨后的材料在容量、倍率性能、容量保持率方面都有了較大提高。但是高轉(zhuǎn)速球磨增加了電荷傳輸電阻，使材料各項(xiàng)電化學(xué)性能都有不同程度的下降。

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雖然適當(dāng)?shù)那蚰?qiáng)度可以很大程度地提高材料的電化學(xué)性能，但是球磨分散后的材料其表面形貌發(fā)生了很大變化。由于顆粒與顆粒、顆粒與磨球之間強(qiáng)烈的相互作用，當(dāng)顆粒形貌對于材料性能有較大影響時(shí)，球磨分散工藝將不再是有效的分散方法。

2.1.3超聲分散影響

超聲分散的原理是聲空化效應(yīng)，即當(dāng)超聲強(qiáng)度達(dá)到一定閾值時(shí)，溶液中生成大量氣泡并生長，當(dāng)氣泡尺寸達(dá)到某一臨界值，氣泡立即破裂并產(chǎn)生沖擊波，沖擊波帶動(dòng)流體流動(dòng)，從而起到分散的作用。超聲分散應(yīng)用到電極漿料制備有其獨(dú)特的優(yōu)勢和特點(diǎn)。

相對于固含量低的漿料，超聲分散更適用于固含量相對較高的漿料。就漿料而言，高固含量是有利的。固含量升高會使?jié){料中的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑不易發(fā)生沉降，有利于漿料的均勻性，并且能夠減少溶劑用量，減少涂布干燥時(shí)間，提高電池制作效率。

但是超聲分散也存在一些問題，最顯著的問題是會打斷高分子粘結(jié)劑的分子鏈，降低粘結(jié)劑的粘結(jié)作用。當(dāng)超聲波強(qiáng)度過高，氣泡數(shù)量短時(shí)間內(nèi)迅速增多，瞬間產(chǎn)生的大量氣泡不能有效地通過溶液，從而減少空化并降低了分子鏈斷裂率。超聲分散中分子鏈打斷除了受超聲強(qiáng)度影響，還受到溫度、漿料濃度、分子鏈分子量等因素影響。隨著溫度升高，分子鏈的斷裂率升高；漿料濃度越高，分子鏈斷裂率越低；粘結(jié)劑分子量越高，超聲過程中分子鏈的斷裂率越高。

2.2加料順序?qū)﹄姵匦阅艿挠绊?/p>

現(xiàn)在電極漿料的制備工藝大致為一步法與多步法或濕混與干混的區(qū)別。通常來說，采用多步法制備的電極的電化學(xué)性能要優(yōu)于一步法，干混工藝要優(yōu)于濕混工藝。但是電極性能不只是受勻漿工藝的影響，還受到其材料本身性質(zhì)的影響。因此，對于不同的漿料(不同的活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑)，其最佳的攪拌工藝也有所不同的。

KimKwangMan等研究了正極物質(zhì)混合順序?qū)︿囯x子電池電極特性的影響，采用四種方式對正極物質(zhì)進(jìn)行混合：方法一，導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑膠液先進(jìn)行混合再加入活性物質(zhì)和溶劑進(jìn)行混合；方法二，活性物質(zhì)和粘結(jié)劑膠液先混合，再加入導(dǎo)電劑和溶劑進(jìn)行混合；方法三，活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、溶劑同時(shí)加入進(jìn)行混合；方法四，活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑先進(jìn)行干混，再加入粘結(jié)劑膠液進(jìn)行混合，最后加入溶劑進(jìn)行攪拌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方法四制備的漿料表現(xiàn)出最低的粘度，分散性最好。由于最初活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑的干混過程可以使顆粒較小的導(dǎo)電劑均勻分布在活性物質(zhì)顆粒表面，增大了電極的電導(dǎo)率，電池循環(huán)特性也最好。這從一定程度上說明了在漿料混合過程中干混方式要優(yōu)于濕混方式。

2.3漿料添加劑對電池性能的影響

添加劑是鋰離子電池漿料中非常重要的成分，在漿料制作過程中或制作完成后，漿料中的各種物質(zhì)會隨著時(shí)間變化又逐漸發(fā)生團(tuán)聚，大顆粒物質(zhì)會發(fā)生沉降，導(dǎo)致漿料分散不均勻，添加劑能夠與漿料中活性物質(zhì)或?qū)щ妱╊w粒發(fā)生相互作用產(chǎn)生靜電力或空間位阻從而阻止團(tuán)聚發(fā)生。

在正極漿料中添加卡波姆樹脂，可以觀察到極片的孔隙率提高，集流體與物質(zhì)之間的粘附力增大，剝離強(qiáng)度提高，并且受電解液破壞的能力增強(qiáng)。隨著漿料中卡波姆樹脂含量的提高，電池的極化現(xiàn)象明顯減弱，電池電極表面鈍化膜與雙電層的阻抗顯著降低，電池的循環(huán)性能得到提高。

雖然添加劑可以有效地改善漿料的分散性以及電化學(xué)性質(zhì)，但是其屬于非活性物質(zhì)，其含量也會影響電池的能量密度。由于現(xiàn)在商業(yè)化的鋰離子電池能量密度本就不高，因此應(yīng)嚴(yán)格控制添加劑的使用量。