电池浆料混合和涂布线的密度和粘度质量控制

电池生产

电池制造的第一步是将含有活性材料，导电材料和聚合物粘合剂的浆料涂布到铜箔或铝箔上，然后进行电极干燥，压延和裁切。为了达到理想的电化学性能，需要严格控制电池电极的多步制造过程。浆料是非常复杂的悬浮系统，在高粘度介质中包含很大百分比的不同化学物质，尺寸和形状的固体颗粒。浆料的混合对于均匀性至关重要。浆料的流变性能影响浆料稳定性，易混合性和涂层性能，从而影响电极。组成和工艺条件可能会对浆料的流变性产生影响。密度和粘度量化了流动特性，并表征了样品内部结构以及固状或液状行为占主导地位的程度。粘度的过程监测在电池制造过程（例如涂布）中起着至关重要的作用。聚合物粘合剂溶液的粘度影响涂布性能，粉末分散的难易程度，混合所需的功率以及均匀涂布的速度。多孔电极理论（PET）表明，正极密度与锂离子电池单元整体性能的相关性已通过实验验证。具有高正极密度的电池在低电流速率下显示出较高的放电容量，但是在高电流速率下，具有低正极密度的电池展现出更好的性能。

电池生产工艺步骤

问题描述

浆料组分的分散决定了浆料的物理性质，在设计和开发用于锂电池生产的混合和涂布工艺中至关重要。

·         锂离子电池（LIB）电极浆料的常规生产方法基于分批或准连续过程。

·         连续混合过程包括所有液体和固体组分的定量加料以及液相中固体颗粒的微观分布。

电池敏感的化学性质意味着节省时间和成本不能以牺牲质量为代价，质量必须保持在很高的水平。控制密度和粘度优化生产过程，可确保一致性，质量和显著的材料成本节省。通过在线监测和控制密度和粘度，可以改善连续混合过程的过程控制和可追溯性。在线集成支持的自动化使优化整个生产线的所有流程成为可能，从而加快电池制造速度，满足不断增长的需求。

工艺挑战

对重要电极浆料参数（密度和粘度）的监测和控制，与高性能电极的开发和制造极为相关。关键原因如下：

·         在浆料混合过程中，不必要的搅拌会随着时间的推移恶化和降解内部结构。最终目标是实现组分的彻底混合，使其具有较大的均匀性，且不会导致颗粒破碎。密度控制可确保正确的物料组成和配比，粘度控制可确保浆料制备过程的一致性。

·         高粘度浆料会导致涂布过程出现问题，而分散性差会导致涂层均匀性变低。涂层厚度和层密度的均匀性对于控制电池的寿命（再充电循环时间）和离子迁移率至关重要，同时调节涂层厚度可以制造更小的电池。粘度控制对于实现均匀的涂层厚度和较小的涂层厚度偏差至关重要。

·         较高的电池浆料粘度增加了静置时的抗沉降性，并形成了较厚的涂层。粘度越高，涂层过程也越难控制，可能导致涂层不规则和层密度变化，从而导致离子迁移速率变化和不可预测的电池寿命（以及不可预测的充电周期）。

·         电极密度对锂离子电池的循环性能和不可逆容量损失有影响。需要根据压延过程的要求，在适当的范围内对其进行监控和控制。

LISICO在线粘度/密度解决方案

自动在线粘度测量和控制对于在电池制造过程中的浆料制备、涂布和干燥阶段控制电极浆料参数至关重要，而在压延阶段则需要密切监控电极密度，以获得更好的电池性能。LISICO为多步骤电池制造过程中的过程控制和优化提供了以下解决方案

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