高倍率聚合物鋰電池漿料配方估算方法詳解

　　高倍率聚合物鋰電池被廣泛應用于航模、車模、汽車啟動電源等高電流放電的電子產(chǎn)品中，它的安全生產(chǎn)過程十分重要，下面我們來說說高倍率聚合物鋰電池漿料配方的估算；做好這一流程，可以為高倍率聚合物鋰電池生產(chǎn)帶來質(zhì)量保證。

　　高倍率聚合物鋰電池漿料在生產(chǎn)過程中，各組分配方通常是以重量為單位計算，但電極涂層在干燥后一般是多元結(jié)構(gòu)組成的，各個組分（活性物質(zhì)、導電劑、孔隙率）之間的體積關(guān)系，對電池的性能有著重要作用。在電化學模型計算中，常常根據(jù)活性物質(zhì)、導電劑等體積分數(shù)來計算電化學性能。電極漿料流體特性，加工工藝特性也更多與各組分的體積分數(shù)關(guān)系大。因此，高倍率聚合物鋰電池漿料配方設計更合理的依據(jù)應該是體積。

　　涂料行業(yè)有一個重要的參數(shù)，顏料的體積濃度（PVC），即在干膜中粉料所占的體積百分比。

　　PVC=粉料的體積/(粉料的體積+聚合物粘結(jié)劑的體積)

　　在高倍率聚合物鋰電池漿料中，粉料包括活性物質(zhì)和導電添加劑，因此，電池漿料中

　　PVC=（活性物質(zhì)的體積+導電劑的體積）/(活性物質(zhì)和導電劑粉料的體積+聚合物粘結(jié)劑的體積) 

　　在高倍率聚合物鋰電池漿料配方的計算中，如果想要知道漿料體積濃度對電池性能的影響，必須首先要知道這個體系的臨界粉料體積濃度，即CPVC。涂料行業(yè)中在測試粉體的吸油量時，當顏料剛剛被亞麻油粘結(jié)成糊狀，而沒有多余的亞麻油時，這時的顏料體積濃度就剛好處在CPVC值，所以顏料的吸油量和CPVC值就可以通過以下方法計算：

　　CPVC=1/[1+( OA•ρ/0.935)]

　　式中：OA --- 粉料的吸油量，%；ρ--- 粉料的密度，g/cm3；0.935---亞麻油的密度，g/cm3，如果采用其他有機物測試時，相應變更為該材料的密度。

　　對于混合粉體，計算CPVC值的方法進一步延伸，方法如下：

　　CPVC =1/{1+Σ[(OA•ρ•V/0.935]}

　　式中：OA--- 某個粉體的吸油量，%； ρ--- 某個粉體的密度，g/cm3；V --- 某個粉體在整個粉體體積中所占有的體積分數(shù)，%。

　　稱取試樣m1 g置于玻璃板或釉面板上用滴定管滴加精制亞麻油，在滴加的同時用調(diào)刀不斷進行翻動研磨，起初試樣呈分散狀，后逐漸成團甚至全部被精制亞麻油所濕潤，并形成一整團即為終點。記錄滴加的精制亞麻油的質(zhì)量m2 g，或者體積V ml。

　　以每100g粉體所吸收的精制亞麻油的體積表示吸油值，按吸收亞麻油的質(zhì)量比表示吸油量：

　　吸油值=V/m1*100

　　吸油量=m2/m1*100%

　　例如：在某個配方中NCA材料96kg，sp導電劑2kg。假設NCA密度為4.86g/cm3，sp密度為2.05g/cm3，

則：

　　活性物質(zhì)體積為：96000/4.86 = 19753 cm3

　　導電劑體積為：2000/2.05 = 976 cm3

　　兩種粉體總體積為：19753+976 = 20729 cm3

　　活性物質(zhì)粉體在所有粉料所占的體積分數(shù)：19753/20729 = 95.29%

　　導電劑粉體在所有粉料所占的體積分數(shù)：976/20729 = 4.71%

　　混合粉料的CPVC值計算，假定活性物質(zhì)吸油量為16%，導電劑吸油值為290 ml/100g，轉(zhuǎn)化為吸油量（吸油的質(zhì)量比）為(290ml)*(0.935g/ml)/100g = 271%

CPVC =1/{1+Σ[(OA•ρ•V/0.935]} 

          =1/{1+[（16%×4.86×95.29%）+（271%×2.05×4.71%）]/0.935} 

          = 48.27% 

　　漿料在CPVC值時所需用的乳液量X計算，根據(jù) PVC=（活性物質(zhì)的體積+導電劑的體積）/(活性物質(zhì)和導電劑粉料的體積+聚合物粘結(jié)劑的體積)，有

　　(19753+976)/(19753+976+X)=48.27%

　　即X=[(1-0.4827)×(19753+976)]/0.4827=22215 cm3

　　假定聚合物粘結(jié)劑密度為1.77g/cm3，則粘結(jié)劑重量為22215/1.77=12551g=12.551kg

　　此時，電極涂層由活性物質(zhì)相，導電劑相和聚合物粘結(jié)劑相組成，沒有任何孔隙。

　　假定涂層孔隙率為30%，所需聚合物粘結(jié)劑量Y計算。此時，將孔隙也看成一個組分相，此時

　　PVC=48.27%+30% = 78.27%

　　根據(jù)，PVC=（活性物質(zhì)的體積+導電劑的體積）/(活性物質(zhì)和導電劑粉料的體積+聚合物粘結(jié)劑的體積)，有

　　(19753+976)/(19753+976+Y)=78.27%

　　即Y=[(1-0.7827)×(19753+976)]/0.7827=5755 CM3 

聚合物粘結(jié)劑重量為

　　5755/1.77 = 3251g=3.25kg。

最終，漿料配方為

　　NCA：SP：PVDF=96：2：3.25=94.81：1.98：3.21

　　高倍率聚合物鋰電池漿料配方計算是依據(jù)各材料的密度和吸油量，這兩個參數(shù)可以測量，但是也受很多因素影響，比如實際吸油量的大小與粉體的粒度分布、顆粒形狀、分散與凝聚程度、比表面積及表面性質(zhì)等有關(guān)，所以該方法只能估算。

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