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★ 前言 ★
商业化全电池制作是一个复杂的系统工程，其核心主要包括材料体系开发、电芯结构设计、电芯生产控制等三个部分，要制备出性能优良的商业化全电池，必须熟练掌握上述三大核心部分。而当掌握商业化全电池制作之后，再组装制作扣式半电池、扣式全电池以及简易结构的柔性电池(一片正极/一片负极对叠结构)将变得极其容易。有鉴于此，科路得科博士将在QQ群(群号：308486834)中持续开讲，通过图文直播的方式、逐个知识点系统介绍商业化全电池制作技术，欢迎广大科粉进群围观交流。
科路得博士进行了第一节课—— “科路得产业化软包全电池制作工艺大讲坛第一讲”，给大家讲解正极浆料搅拌工艺！下面将分两部分展示今天的课程内容。
一、讲课部分
搅拌工序，浆料是一个固液悬浮体系，通过搅拌使浆料形成均匀稳定，并且适合涂布的固液悬浮体系。所以对于搅拌后的浆料有三个关键指标：润湿，分散，稳定。
浆料要求
浆料的材料比例为96:2:2，而不是同学们常用的8:1:1，大家都知道说要提高能量密度，所以要尽可能地提高活性物质的量，降低导电炭和粘接剂的量。一般来说，第一步是先准备胶液，也就是把PVDF溶解在NMP中。这一步很重要，如果没有溶解好，浆料的粘度会影响，而没溶解的PVDF也会在后面的涂布过程中以颗粒的形式存在，导致涂布的外观不平整，有颗粒感。接下来，会进行导电炭的分散，目前商业化常用SP和CNT，这里以SP为例。SP要单独搅两个小时，因为一般导电炭的比表面积BET大，分散相对困难，因此需要单独进行高速的分散，确保没有明显团聚。然后就是加入活性材料了。活性材料其实分散相对容易，分散完成后，就要控制整个浆料的粘度在一个合适的范围，粘度太高或者太低对涂布都不好。如果粘度偏高，就会考虑增加NMP的含量来下调粘度。”科路得博士还指出，搅拌时，得把材料润湿好，这样可以降低材料分散难度，提高搅拌效率。如果材料没浸润好的话，一般可以通过加入高分子，例如PVDF,CMC,或者很难浸润的就添加一些表面活性剂之类的。
搅拌设备
这里是例举的一般的搅拌设备，高校采用磁力分散，超声分散为主，小型的均质器很好使。当然也有用研钵的，用手来加工，不过这个很难控制，小批量的也学还可以，量大了就很难分散。目前工业上都是采用行星式搅拌，搅拌量从1L~600L不等。”科路得博士提到，行星式搅拌装置包括了公转和自转，公转负责大范围的浆料的混匀，而自转就是常说的分散盘，用来进行颗粒的有效分散。其次就是这个搅拌罐中有循环冷却水装置，不管冬天还是夏天，都可以控制浆料的粘度。最后就是有一个抽真空装置，因为高速分散搅拌过程会引入气体，如果不抽真空，浆料涂布的时候有气泡冒出的话，那涂布出来的效果就有一个一个的洞。
搅拌方法
高校里搅拌方法有研磨，超声和磁力搅拌等。不过球磨会有一个致命的问题：会将活性物质颗粒磨小。活性物质颗粒大小，对材料本身性能影响非常大(特别是首效)，所以在技术上不希望颗粒太小。科路得博士建议高校可以使用磁力搅拌。磁力搅拌也有以下几点需要注意的地方：
1. 磁子和容器的尺寸要匹配好
2. 搅料的先后顺序要严格控制
3. 要密封，搅拌速度要控制 然后要隔断时间刮壁
搅拌流程
今天主要讲的正极，所以科路得博士拿目前动力电池常用的三元材料为例。
然后科路得博士给我们详细讲述了一遍具体流程。先是PVDF胶液的制备：
PVDF胶液的制备过程，先加入粉末，然后进行4h的搅拌，最后得到右上角的PVDF胶液，这个里面要注意湿度的控制，以及来料的质量，不然，很多PVDF胶液搅出来颜色很深。怎么判断胶液是否OK，一般可以采用目视+粘度测试的方式，目视就是看有没有明显的不溶的颗粒，另外就是用粘度测试仪进行粘度测试，当然，温度也记得要控制。
“在PVDF胶液制备ok后就是加入SP，分散后在加入活性材料，浆料制备出来后，进行粘度的调节，控制在一定的范围，同时抽真空，去除气泡。接下来就是进行过筛，就是把一些可能存在的干料或者偶尔的颗粒都过掉，防止在涂布过程中造成外观的问题。基本上，上面就是整个正极搅拌的过程了。”
在这里，科路得博士还给大家做了一个总结：“其实今晚讲解的内容，最主要为三点：
1. 配方：我们工业上电极浆料配方中 活性物质比例高很多(96%，而实验室大家经常用的是8:1:1(活性物质比例80%))
2. 搅拌方法：不能用太高能(比如球磨、强力超声等)的设备分散，会破坏材料的结构，对材料电化学性能有副作用；
3. 加料顺序，这个也需要严格控制：通常来说 越难分散的物质 就需要越先加入进行分散。”
科路得博士还给大家提了宝贵的建议：“对于很多同学来说，遇到各种稀奇古怪的异常，有时往往是一些其他的材料带来的，比如导电炭，粘接剂或者NMP等，我们遇到了很多，不见得是你们自己做的材料，所以大家要在这块注意，购买商业化成熟的材料，比如科路得的材料，质量好有保证，就可以避免这种不必要的问题。”
监测手段
如上图所示，常用的浆料监测手段包括粘度测试、固含量测试、刮板细度、浆料稳定性以及膜片内阻。
浆料稳定性：测浆料出料后不同时间段的粘度变化来判断稳定性。
刮板细度：能够检测浆料是否有大颗粒团聚，判断出浆料的分散情况
膜片内阻：膜片内阻是把浆料涂在PET膜上，然后进行内阻测试，这是一个评价搅拌效果和浆料配方优化方法
固含量测试：胶液固含量与粘度有很大的关联，同种工艺与配方，浆料固含量越高，粘度一般越大。
二、答疑部分
在讲课结束后的提问互动环节上，大家踊跃提问，而科路得博士也耐心地给予了回答。对于各位同学给出的课程建议，科路得博士也一一虚心接受。
-1234567890：“行星搅拌器是为了搅拌高效率化？PVDF没溶解的过滤掉不就好了？这个和油墨的过程是相似的吗？”
-科路得博士：“行星搅拌一方面是高效率，另外也是能达到好的分散效果；PVDF没溶解的过滤掉，那就是降低了PVDF的加入量，一方面影响粘度，降低浆料稳定性，另外，PVDF少了，也影响粘接效果。”
-璠：“如果导电剂需要sp和cnt，如何判断他们两个是否分散开？”
-科路得博士：“一般可以通过粒度测试仪，刮板细度计或者显微镜进行观察，来看导电剂是否分散还是团聚在一块，电池生产企业往往是在实验阶段做好了导电剂分散的具体工艺摸索，生产中就只需要控制搅拌工艺参数就可以了。”
-星之碎片：“CNT需不需要预分散？一般MWCNTS缠结严重”
-科路得博士：“CNT需要预分散的，目前商业化用的都是分散好的CNT胶液。单臂CNT那就更难了，都需要用到分散剂和更好的分散手段，比如砂磨。”
-昙圭：“为什么有些2%的pvdf是全透明的有些pvdf的溶液偏白？为什么pvdf和nmp混合发黄？”
-科路得博士：“，从我们之前的理解和实践来看，有两块会有比较大的影响，一个就是环境的湿度，当湿度比较大的时候，容易出现这个现象，第二个就是NMP中的水分和铵根离子的量。原理一般是理解为铵根离子容易进攻PVDF的F键，形成碳碳双键，然后双键相对活泼，继续参与反应，形成一些显色的官能团。浆料的水分，温度都是要控制的，特别是现在的很多高镍的正极材料。”
-Arbin：“浆料固含量测试是怎么进行的啊，还有膜片内阻测试，怎么才能测试膜片的电子电导吖。”
-科路得博士：“浆料固含量测试比较简单，简单说就是把浆料先进行称重，然后烘烤把溶剂去除，看里面固体的占比；膜片内阻测试需要用到专门的测试设备，原理就是四探针的测试，制样的话需要把这个浆料涂膜到不导电的基体上，比如PET，然后再去测试的。”
-璠：“我们的搅拌时间长，会不会吸水？”
-科路得博士：“这个就是商业化的搅拌罐差异了，因为罐子都是可以抽真空密封的，所以这几个小时都不会有影响的。一般是控制环境湿度，普通的在45%一下的湿度，如果是吸水或者对水非常敏感的材料，湿度10%以下。浆料的水分控制主要就在于NMP的控制，一般来料要求NMP的含水量小于200ppm。”
-nnn：“811和622，532制备过程中有哪些差异？”
-科路得博士：“一般来说，622及以下可以延用常规的搅拌条件，环境湿度在45%都OK，如果到了811或者NCA，由于材料表面的碱性高，对水敏感，所以很多厂家都有按照10%以下的湿度进行控制了。当然，材料也在进步，一些厂家提供的材料碱性得到控制，对水的敏感性就会好很多。”
-璠：“调浆涂布过程中有颗粒感就是没有分散好对吧？”
-科路得博士：“涂布过程有颗粒感一般说明没有分散好，当然要判断是偶尔的颗粒还是很多哈。”
-璠：“如果混合均匀的话，没有颗粒感，需要很长时间，油系又比较忌讳水，这时候在实验室操作有没有好的建议？”
-科路得博士：“根据你们实际的配比和搅拌方式来优化，优化配方，不用BET很大的导电炭，搅拌过程进行封口等都会有改善，具体问题可以在私下交流。NMP的这个200ppm的水含量，对于一般材料都够用了，同学们不用花这个精力去做除水的动作。”
-星之碎片：“工业上如何处理NMP水含量超标的问题？”
-科路得博士：“工业上，电池企业购买的NMP就是购买电池级纯度的，生产NMP的企业，是用大化工技术生产的，也就是精馏技术，用精馏塔生产。用分子筛的话，成本高，效率还低。”
-小老弟：“搅拌机中的冷却和抽真空有什么作用”
-科路得博士：“商业化的搅拌机，由于搅拌量比较大，长时间搅拌会因为摩擦产热，温度过高，容易引起团聚倾向，不利于材料的有效分散，所以需要冷却循环水控制温度”
-小老弟：“那按理来说温度高，分子运动加速应该会更好的分散，为什么需要冷却？”
-科路得博士：“高温对于高分子，比如粘接剂PVDF，增稠剂CMC溶解确实有利，但对于纳米材料比如导电炭黑，SP，是不利的”
-心静如水：“看不到白色的PVDF算溶解好了吗？PVDF溶解搅拌时间越长越好吗？密封搅拌与不密封搅拌哪种效果更好？”
-科路得博士：“PVDF溶解一般常用两种判断，一是目视法，就是去看还有无未溶解颗粒，另外还有些小颗粒可能比较小，不容易判断，一般会进行粘度测试，如果粘度在一定范围内，基本认为溶解完全，所以溶解时间会比较长，时间会稍微过量一些；PVDF溶解在密封搅拌会比较好，因为NMP溶液易吸水，进而会影响胶液质量”
-AZURE--东：“老师，我想请问一下膜片内阻是什么？浆料稳定性怎么看？”
-科路得博士：“膜片内阻是把浆料涂在PET膜上，然后进行内阻测试，这是一个评价搅拌效果和浆料配方优化的好方法。因为如果分散不好或配方中导电剂加入量不够，膜片内阻就会偏大，最终使电池内阻偏大；浆料稳定性主要通过测试出料后不同时间浆料粘度的变化来判断其稳定性。”
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