磷酸铁锂材料在电池加工中常见问题分析

首先遇到的是材料分散问题

制浆是电池生产过程中最为关键的工序之一，其核心任务就是把活性物质、导电剂、粘结剂等物料均匀的混合，使得材料性能能够更好的发挥。要混匀，先要能分散。颗粒减小，相应的比表面也就增大，表面能也就增大，颗粒间发生聚合的趋势就增强。克服表面能分散所要的能量也就越大。现在普遍用的是机械搅拌，机械搅拌能量分布是不均匀的，只有在一定的区域内，剪切强度足够大，能量足够高，才能把聚合的颗粒分开。要提升分散能力，一个是在搅拌设备的结构上优化，不改变最大剪切速度的情况下提高有效分散区域的空间比例;一个是提高搅拌功率(提高搅拌速度)，提升剪切速度，相应的有效分散空间也会增大。前者属设备上的问题，提升空间有多大，涂布在线不做评论。后者，提升空间有限，因为剪切速度提到一定限度，就会对材料造成伤害，导致颗粒破损。

较为有效的方法是采用超声波分散技术。只是超声波设备价格较高，前些时候接触的一家，其价格和进口的日本机械搅拌机相当。超声分散工艺时间短，总体能耗降低，浆料分散效果好，材料颗粒的聚合得到有效延缓，稳定性大为提高。

另外，可以通过使用分散剂来改善分散效果。

涂布均一性问题

涂布不均，不仅电池一致性就不好，还关系到设计、使用安全性等问题。所以，电池制作过程中对涂布均一性的控制很严格。做配方、涂布工艺的了解，材料颗粒越小，涂布越难做均匀。就其机理，我尚未看到相关的解释。涂布在线认为是电极浆料的非牛顿流体特性引起的。

电极浆料应属非牛顿流体中的触变流体，该类流体的特点是静止时粘稠，甚至呈固态，但搅动后变稀而易于流动。粘结剂在亚微观状态下是线性或网状结构，搅动时，这些结构被破坏，流动性就好，静止后，它们又重新形成，流动性就变差。磷酸铁锂颗粒细小，同等质量下，颗粒数量新增，要把他们联结起来组成有效的导电网络，要的导电剂的量也相应新增。颗粒小、导电剂用量新增，所需的粘结剂用量也上升。静置时，更容易形成网状结构，流动性比常规材料差。

从搅拌器取出后浆料到涂布的过程中，很多厂商还是采用周转桶转移，过程中浆料不搅拌或者搅拌强度低，浆料的流动性发生变化，逐渐变得粘稠，以至于像果冻相同。流动性不好，导致涂布的均一性不好，表现为极片面密度公差增大，表面形貌不好。

根本的是从材料上进行改善，如提高导电性加大颗粒、颗粒球形化等，短时间内可能有效果较为有限。立足现有材料，从电池加工的角度来说，改善的途径，可从以下几项进行尝试：

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采用线性的导电剂

所谓的线形颗粒形导电剂是笔者形象的说法，学术上可能不是如此描述。

采用线形导电剂，目前重要是VGCF(碳纤维)和CNTs(碳纳米管)、金属纳米线等。它们直径在几个纳米到几十纳米，长度在几十微米以上甚至于几厘米，而目前常用的颗粒形导电剂(如SuperP，KS-6)尺寸一般在几十个纳米，电池材料的尺寸为几个微米。颗粒形导电剂和活性物质组成的极片，接触类似点和点之间的接触，每个点能只与周围的点发生接触;线形导电剂与活性物质组成的极片中，是点和线、线和线的接触，每个点可以同时和多根线接触，每根线也可以同时和多根线接触，接触的节点更多，导电通道也就更为通畅，导电能力也就更好。使用多种不同形态的导电剂组合，可以发挥更好的导电效果，具体如何使选择导电剂，关于电池制作是一个很值得探索的问题。