环保型粘合剂在锂离子电池中的混合技术

摘要

现如今可再生能源，如太阳能和风能，被看做是非常重要的能量来源。同时，为这些能源提供经济的、有竞争力的能源储存载体—电池技术的发展至关重要。锂离子电池因其高储能、无记忆效应、更加环保的处理处置过程等优于其它类型电池的特性，成为二十一世纪最有发展潜力的动力源之一。其电极中的粘合剂是锂离子电池中不可或缺的重要组成部分且直接影响到锂离子电池的性能。与传统高分子有机物粘合剂不同的是，水基粘合剂在近两年获得广泛的关注。因为水基粘合剂的加入使得锂离子电池的生产工艺过程更为环保，同时可以降低生产成本。因此，水基粘合剂在锂离子电池电棒的制备起着举足轻重的作用。
　　 制造出既满足性能要求又尽可能减少环境生态影响的锂离子电池，与制备材料的选择及其工艺过程息息相关。实际生产中，必须同时考虑锂离子电池的制备材料及其生产工艺。通过科学研究对比近几年所采用的高效粘合剂，作为锂离子电池中有发展潜力的水机粘合剂，羧甲基纤维素钠和明胶的水溶液不仅可以提供高效的粘合作用，也是一类性能比高、环境友好的化学品。
　　 与此同时，颗粒物与少量液体的混合工艺在锂离子电池电极生产中被大量的采用。本次研究中，少量的明胶-甲基纤维素复配溶液与碳粉第一次进行固液混合实验，在优化的混合实验条件—临界搅拌速度为94.5rpm和改良的水雾喷嘴，采用可操作性强的监测方法—均质性分析方法，得到以下结论:采用临界搅拌速度，可以有效减少混合时间。当增大粘性液体的投入量并且提高溶液的粘度，颗粒与溶液搅拌后需要更多的混合时间以获得满意的均质性效果。就此实验而言，质量分数为0.25％、0.1％和0.4％的明胶-羧甲基纤维素钠溶液与碳粉进行混合实验，分别需要6分钟、8分钟和10分钟使混合物得到满意的均质性效果。在高倍显微镜中观察到，羧甲基纤维素钠溶液起到粘合颗粒物的作用，有良好的粘合剂效能。同时，明胶溶液也有一定的粘合作用，但更重要的是它可以在颗粒物表面形成一层均匀的薄膜，间接起到表面改性的作用，有利于羧甲基纤维素钠这种高效粘合剂在碳粒颗粒群中的分散以及碳粉颗粒之间的粘结。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题研究背景

1．2 锂离子电池及其粘合剂的发展动态

1．2．1 锂离子电池的发展

1．2．2 锂离子电池的工作原理

1．2．3 锂离子电池的特点

1．2．4 锂离子电池的组成结构

1．2．5 锂离子电池中粘合剂的需求

1．2．6 电极中的粘合剂

1．3 电池制备中混合设备的发展动态

1．3．1 连续离散混合法

1．3．2 声学共振混合法

1．3．3 面团式混合器

1．3．4 球磨机

1．3．5 高剪切力混合器

1．4 本论文的主要研究内容和意义

第二章 实验仪器及实验方法

2．1 主要实验仪器及药品

2．2 叶轮临界旋转速度测试

2．2．1 高剪切混合器中成粒现象的研究

2．2．2 临界旋转速度

2．3 混合均质性测试

2．3．1 颗粒与液体的混合

2．3．2 均质性测试方法

第三章 实验过程

3．1 临界旋转速度下的颗粒-液体混合实验

3．1．1 材料设备与混合条件

3．1．2 颗粒-液体混合过程

3．2 颗粒物与粘合剂溶液的混合实验

3．2．1 粘合剂溶液的制备

3．2．2 混合系统及混合过程

3．3 取样过程

4．1 临界旋转速度对混合物均质性的影响

4．2 粘合剂在颗粒中的均质性检测

4．3 混合过程中的成粒现象

4．4 粘合剂的选择及其复配研究

4．4．1 聚偏二氟乙烯(PVDF)

4．4．2 羧基甲基纤维素钠(Na-CMC)

4．4．3 明胶

4．4．4 粘合剂的性能比较和复配研究

4．5 颗粒物形态特征的微观研究

4．6 小结

第五章 结论

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间发表或完成的论文

附录A 碳粉颗粒粒径分布图

附录B 混合器内部结构图