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鋰離子電池的性能上限是由所采用的化學(xué)體系（正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性物質(zhì)、電解液）決定的，而實(shí)際的性能表現(xiàn)關(guān)鍵取決于極片的微觀結(jié)構(gòu)，而極片的微觀結(jié)構(gòu)主要是由漿料的微觀結(jié)構(gòu)和涂布過(guò)程決定的，這其中漿料的微觀結(jié)構(gòu)占主導(dǎo)。
在制造工藝對(duì)鋰離子電池性能的影響中，前段工序的影響占40%，而前段工序中制漿工序的影響至少占70%。
鋰離子電池的電極材料包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑三種主要成分，其中活性物質(zhì)占總重的絕大部分，一般在90%～98%之間，導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑的占比較小，一般在1%～5%之間。這幾種主要成分的物理性質(zhì)和尺寸相差很大，其中活性物質(zhì)的顆粒一般在1～20μm之間，而導(dǎo)電劑絕大部分是納米碳材料，如常用的炭黑的一次粒子直徑只有幾十納米，碳納米管的直徑一般在30nm以下，黏結(jié)劑則是高分子材料，有溶于溶劑的，也有在溶劑中形成微乳液的。鋰離子電池的電極需要實(shí)現(xiàn)良好的電子傳輸和離子傳輸，從而要求電極中活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑的分布狀態(tài)滿足一定的要求。電極中各材料的理想分布狀態(tài)如圖所示，即活性物質(zhì)充分分散，導(dǎo)電劑充分分散并與活性物質(zhì)充分接觸，形成良好的電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，黏結(jié)劑均勻分布在電極中并將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑粘接起來(lái)使電極成為整體。 為了得到符合上述要求的極片微觀結(jié)構(gòu)，需要在制漿工序中得到具有相應(yīng)微觀結(jié)構(gòu)的漿料。也就是說(shuō)，漿料中活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑都必須充分分散，且導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)之間、黏結(jié)劑與導(dǎo)電劑／活性物質(zhì)之間需要形成良好的結(jié)合，而且漿料中各組分的分散狀態(tài)必須是穩(wěn)定的。此外，還需要讓黏結(jié)劑的高分子鏈吸附到顆粒表面，以此來(lái)防止?jié){料中的顆粒出現(xiàn)團(tuán)聚，形成一定的空間位阻，使得漿料的分散狀態(tài)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。鋰離子電池的制漿過(guò)程就是將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑均勻分散到溶劑中，并且在黏結(jié)劑分子鏈的作用下形成穩(wěn)定的漿料，從微觀上看，其過(guò)程通常包括潤(rùn)濕、分散和穩(wěn)定化三個(gè)主要階段（如圖所示）。 潤(rùn)濕階段是使溶劑與粒子表面充分接觸的過(guò)程，也是將粒子團(tuán)聚體中的空氣排出，并由溶劑來(lái)取代的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的快慢和效果一方面取決于粒子表面與溶劑的親和性，另一方面與制漿設(shè)備及工藝密切相關(guān)。分散階段則是將粒子團(tuán)聚體打開(kāi)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的快慢和效果一方面與粒子的粒徑、比表面積、粒子之間的相互作用力等材料特性有關(guān)，另一方面與分散強(qiáng)度及分散工藝密切相關(guān)。穩(wěn)定化階段是高分子鏈吸附到粒子表面上，防止粒子之間再次發(fā)生團(tuán)聚的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程的快慢和效果一方面取決于材料特性和配方，另一方面與制漿設(shè)備及工藝密切相關(guān)。需要特別指出的是，在整個(gè)制漿過(guò)程中，并非所有物料都是按上述三個(gè)階段同步進(jìn)行的，而是會(huì)有漿料的不同部分處于不同階段的情況，比如一部分漿料已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定化階段，另一部分漿料還處于潤(rùn)濕階段，這種情況實(shí)際上是普遍存在的，這也是造成制漿過(guò)程復(fù)雜性高、不易控制的原因之一。用于漿料分散的設(shè)備主要包括兩大類(lèi)，一類(lèi)是利用流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力對(duì)顆粒團(tuán)聚體進(jìn)行分散的設(shè)備，包括采用各種類(lèi)型攪拌槳的攪拌機(jī)、捏合機(jī)，還包括三軸研磨機(jī)和盤(pán)式研磨機(jī)等，另一類(lèi)是利用研磨珠對(duì)顆粒團(tuán)聚體進(jìn)行沖擊從而達(dá)到分散效果的設(shè)備，主要包括攪拌磨等。當(dāng)然還有一些比較特殊的分散設(shè)備，比如超聲波分散機(jī)是利用超聲波產(chǎn)生的空化和瞬間的微射流來(lái)對(duì)顆粒團(tuán)聚體進(jìn)行分散的。這些不同類(lèi)型的分散設(shè)備如圖所示。 制漿工藝對(duì)于鋰離子電池漿料的性能影響也很大，最典型的是采用不同的加料順序所得到的漿料性能可以有很大不同。如有文獻(xiàn)報(bào)道采用兩種不同的加料順序來(lái)制備鎳-鈷-錳三元正極材料的漿料，所得到的漿料特性和電極性能相差很大，如圖所示。第二種加料順序所得到的漿料固含量更高，且電極的剝離強(qiáng)度和電導(dǎo)率都要高很多，其原因在于導(dǎo)電劑與主材先進(jìn)行干混能夠讓導(dǎo)電劑包覆在主材表面，減少了游離的導(dǎo)電劑，結(jié)果是一方面降低了漿料的黏度，另一方面減少了干燥后導(dǎo)電劑的團(tuán)聚，有利于形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。目前鋰電行業(yè)常用的制漿工藝有兩大類(lèi)，分別稱(chēng)為濕法工藝和干法工藝，其區(qū)別主要在于制漿前期漿料固含量的高低，濕法工藝前期的漿料固含量較低，而干法工藝前期的漿料固含量較高。這兩類(lèi)制漿工藝的典型工藝流程如下圖所示。-END-
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