如何解決磷酸鐵鋰電池的涂布均一性問題？

磷酸鐵鋰因鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)低，導(dǎo)電性上較差，當(dāng)下做法是將其顆粒做小，甚至是做成納米級數(shù)，通過縮短LI+和電子的遷移路徑，來提升其充放電速度(理論上，遷移時(shí)間和遷移路徑平方成反比)。但由此給電池加工帶來一系列的難題。下面先來看看磷酸鐵鋰電池的涂布均一性問題如何解決？

磷酸鐵鋰電池涂布不均，不僅電池一致性就不好，還關(guān)系到設(shè)計(jì)、使用安全性等問題。所以，磷酸鐵鋰電池制作過程中對涂布均一性的控制很嚴(yán)格。做配方、涂布工藝的知道，材料顆粒越小，涂布越難做均勻。

電極漿料應(yīng)屬非牛頓流體中的觸變流體，該類流體的特點(diǎn)是靜止時(shí)粘稠，甚至呈固態(tài)，但攪動(dòng)后變稀而易于流動(dòng)。粘結(jié)劑在亞微觀狀態(tài)下是線性或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，攪動(dòng)時(shí)，這些結(jié)構(gòu)被破壞，流動(dòng)性就好，靜止后，它們又重新形成，流動(dòng)性就變差。磷酸鐵鋰顆粒細(xì)小，同等質(zhì)量下，顆粒數(shù)量增加，要把他們聯(lián)結(jié)起來組成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，需要的導(dǎo)電劑的量也相應(yīng)增加。顆粒小、導(dǎo)電劑用量增加，所需的粘結(jié)劑用量也上升。靜置時(shí)，更容易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)性比常規(guī)材料差。

從攪拌器取出后漿料到涂布的過程中，很多廠商還是采用周轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移，過程中漿料不攪拌或者攪拌強(qiáng)度低，漿料的流動(dòng)性發(fā)生變化，逐漸變得粘稠，以至于像果凍一樣。流動(dòng)性不好，導(dǎo)致涂布的均一性不好，表現(xiàn)為極片面密度公差增大，表面形貌不好。

根本的是從材料上進(jìn)行改善，如提高導(dǎo)電性加大顆粒、顆粒球形化等，短時(shí)間內(nèi)可能有效果較為有限。立足現(xiàn)有材料，從電池加工的角度來說，改善的途徑，可從以下幾項(xiàng)進(jìn)行嘗試

1、采用“線性”的導(dǎo)電劑

所謂的“線形”“顆粒形”導(dǎo)電劑是筆者形象的說法，學(xué)術(shù)上可能不是如此描述。

采用“線形”導(dǎo)電劑，目前主要是VGCF(碳纖維)和CNTs(碳納米管)、金屬納米線等。它們直徑在幾個(gè)納米到幾十納米，長度在幾十微米以上甚至于幾厘米，而目前常用的“顆粒形”導(dǎo)電劑(如SuperP，KS-6)尺寸一般在幾十個(gè)納米，電池材料的尺寸為幾個(gè)微米。“顆粒形”導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)組成的極片，接觸類似點(diǎn)和點(diǎn)之間的接觸，每個(gè)點(diǎn)能只與周圍的點(diǎn)發(fā)生接觸;“線形”導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)組成的極片中，是點(diǎn)和線、線和線的接觸，每個(gè)點(diǎn)可以同時(shí)和多根線接觸，每根線也可以同時(shí)和多根線接觸，接觸的節(jié)點(diǎn)更多，導(dǎo)電通道也就更為通暢，導(dǎo)電能力也就更好。使用多種不同形態(tài)的導(dǎo)電劑組合，可以發(fā)揮更好的導(dǎo)電效果。

使用CNTS或者VGCF等“線性”導(dǎo)電劑可能產(chǎn)生的影響有

(1)線性導(dǎo)電劑在一定程度上提升粘結(jié)效果，提高極片柔韌性和強(qiáng)度;

(2)減少導(dǎo)電劑用量(記得曾有報(bào)道說CNTS的導(dǎo)電效能為同質(zhì)量(重量)常規(guī)顆粒導(dǎo)電劑的3倍)，綜合(1)，膠用量也有可能降低，活性物質(zhì)含量可提高;

(3)改善極化，降低接觸阻抗，改善循環(huán)性能;

(4)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)接觸節(jié)點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)更為完善，倍率性能較常規(guī)導(dǎo)電劑更為出色;散熱性能提升，對高倍率電池很有意義;

(5)吸收性能得到改善;

(6)材料價(jià)格較高，成本上升。1Kg導(dǎo)電劑，常用的SUPERP僅為數(shù)十元，VGCF大約兩三千元，CNTS比VGCF略高(當(dāng)添加量為1%時(shí)，1KgCNTs以4000元計(jì)算，大約每Ah成本增加0.3元);

(7)CNTS、VGCF等比表面較高，如何分散是使用中必需解決的一個(gè)問題，否則分散不好性能得不大發(fā)揮?？山柚暦稚⒌仁侄?。有CNTs廠家提供分散好的導(dǎo)電液。

2、改善分散效果

分散效果好的漿料，則顆粒接觸團(tuán)聚的概率會(huì)大為降低，漿料的穩(wěn)定性會(huì)得到很大改善。通過配方、配料工步的改善在一定程度上可以改善分散效果，采用前面提及的超聲分散也是一個(gè)有效方法。

3、改進(jìn)漿料轉(zhuǎn)移過程

漿料儲(chǔ)存時(shí)可考慮提高攪拌速度避免漿料粘稠;對于使用周轉(zhuǎn)桶轉(zhuǎn)移漿料的，盡可能縮短出料到涂布的時(shí)間，有條件的改用管道輸送，改善漿料粘稠現(xiàn)象。

4、采用擠壓涂布(噴涂)

擠壓涂布可以改善刮刀涂布表面紋路、厚度不均等現(xiàn)象，但是設(shè)備價(jià)格較高，對漿料的穩(wěn)定性要求較高。