锂电池极片的涂抹跟干燥详细说明

一、缩孔

1、关于缩孔

电极极片特别是负极极片表面出现的圆形或近乎于圆形凹陷，称之为缩孔。如图1。

图1：涂布时出现的缩孔案例

缩孔这一涂布缺点常见于涂料运用的涂膜进程中，并非锂离子电池电极片涂布时特有的现象。

2、缩孔的构成

在涂布进程中，膜面或许会发生林林总总的缺点，气泡、肥边、火山口、多边形凹陷、橘皮状等，缩孔是最常见的问题之一。

涂膜表面凹陷即缩孔，从根本上意义讲都是由于成膜时所发生的表面张力梯度构成的。这种现象称之为Maragoni效应。

涂布浆料基本组成有三种：粘结剂、粉体材料、松散介质，此外还或许有各种功能性辅助材料。材料之间表面张力不匹配，是发生缩孔的首要诱因，但涂料的粘度、液膜的流动性以及单调成膜的风速和烘箱温度、热处理阶段条件和设备状况等等都或许改动表面张力及其效果进程，然后诱发缩孔的发生。

由于固化前可流动膜面中存在低表面张力的微粒（如粉体，油滴等，称之为“污染物”），构成中心表面张力较低，流体以污染物为中心向四周搬迁，终究构成边沿高于中心的圆形下陷——缩孔。也就是说，缩孔中心存在低表面张力的物质，它与周围的涂料存在表面张力差，这个差值是缩孔构成的动力，促进周围的液体沿360度方向违背污染物搬迁。

图2：缩孔构成示意图

3、缩孔的防治

避免涂膜缩孔，重点在防备，设计合理的涂料配方，控制涂布工艺等能够减少涂布缩孔发生的几率。但缩孔一旦构成，则难以彻底解决，只要通过内外因的结合，控制缩孔的程度。

选用相容性好的松散剂或松散介质，减少涂料本体中低表面张力大颗粒（包含大液滴）的存在；添加疏水表面活性松散剂和溶剂等也能够控制缩孔的程度。

二、表面张力

固体表面与液体接触时，本来的固相-气相界面消失，构成新的固相-液相界面，这种现象称之为湿润。湿润才干是液体在固体表面铺展的才干。液体能否湿润固体，首要决议于二者的表面张力。

缩孔的发生说明涂猜中的液体没有能够完全湿润固体。即粉体中存在着表面张力低于液体介质表面张力的质点。

物质表面层的分子与内部分子周围的环境不同：内部分子所受四周附近分子的效果力是对称的，各方向的力互相抵消；但表面层的分子，则一方面遭到内幕内物质分子的效果，另一方面又遭到性质不同的另一相中物质分子的效果，因此表面

图3：界面层分子与体相分子地点状况不同

假如要把一个分子从内部移到界面（或者说增大表面积），就有必要克服系统内部分子对表层分子的吸引力而对系统做功。在温度、压力和组成恒守时，可逆地使表面积添加dA所需要对系统做的功，称之为表面功（-δw’），能够表明为：

-δw’=γdA

表面功-δw’与表面积的添加dA成正比，份额常数γ即为表面张力。表面张力在数值上等于当T、P及组成稳定的条件下，添加单位表面积时，所有必要对系统做的可逆非膨胀功。

表面张力是物质的特性参数，一起也与地点的温度、压力、组成以及共同存在的另一相的性质等有联络。

临界表面张力是表征固体表面湿润性质的特征量。当固、液两相表面相接触时，在界面边沿处构成一个夹角，即接触角。以接触角θ的余弦cosθ对液体的表面张力γL作图，可得一直线（见图）将此直线延伸到cosθ＝1处,其对应的液体表面张力值即为此固体的临界表面张力，也称临界湿润张力，以γc来表明。

图4：接触角示意图

图5：固体的临界表面张力核算图

凡是液体的表面张力大于γc者，该液体不能在此固体表面自行铺展；只要表面张力小于γc的液体才干在表面上铺展。因此γc值愈高，能够在其表面上打开的液体就多，γc愈低，则能够在其表面上打开的液体就愈少。

纯液体的表面张力是指液体与饱和了其本身蒸汽的空气接触时的表面张力，假如共存的另一相为其它物质时，由于不同物质间效果力不同，表面张力也会发生改变。

对于纯固体和纯液体，表面张力取决于分子间构成的化学键能的大小，键能越大，表面张力越强。

金属键＞离子键＞极性共价键＞非极性共价键。

水属于极性共价键，相对表张比一般的树脂和溶剂都要高。

表1:部分液体表面张力（10-5N/cm）

表2：常见原料的临界表面张力值

当液体的表面张力低于固体的临界表面张力时，则液体能够在该固体表面随意铺展和湿润；反之，液体由于不能在固体表面构成接连的液滴，而无法铺展和湿润固体，涂布时或许导致缩孔出现。

表3：部分高分子固体表面的临界表面张力γc

表4：表面结构与临界表面张力γc的联络表

从表面结构与临界表面张力γc的联络表能够看出：必定的表面化学结构对应于必定的γc值；决议固体表面湿润性的是表面层原子或原子团结构的性质及排列状况，而与内部结构无关；碳氟表面和碳氢表面的临界表面张力都比水的表面张力（7210-5N/cm）小的多，所以他们都具有必定的拒水性，其间以-CF3为最大，-CH2-为最小。

三、碳负极材料

现在，石墨材料是最为常见的锂离子电池负极材料。

石墨包含人工石墨和天然石墨，这二者都无法直接运用，有必要通过抱覆、氧化等办法对石墨进行化学深度改性和表面改性。

石墨改性的成果，在表面构成由羧基/酚基、醚基和羰基等组成的氧化物润饰层。

石墨表面的氧化物润饰层有三个方面的效果：

1、促进优质钝化膜的构成，有用避免溶剂分子的共嵌前进电池的循环寿数；

2、前进了石墨的极性，使其与电解液的吸附才干增强；

3、前进了石墨的亲水性，使其能够松散于水中。石墨通过改性，在表面上引入了亲水性基团，在必定程度上前进了它在水中的松散才干，但由于石墨材料的改性是在两相中结束的，不可避免的存在下列问题：

a.同一批次间，由于在反响进程中地点方位的不同，颗粒改性程度的存在差异，即颗粒间亲水性的差异。

b.同批次之间，由于反响条件控制的差异，构成批次间性能的差异。

c.石墨粒子表面存在的解理面无法氧化、不存在表面官能团，将出现低表面张力的质点。

改性状况不同，亲水才干也有差异，这导致改性石墨被水湿润的程度存在差异。涂布或许会出现缩孔，而且缩孔的程度有所不同。

四、极片涂布与缩孔

电极片涂布所运用的浆料是典型的水性涂料，因此，浆料的松散状况将直接影响涂布的均匀性，即涂布缺点（包含缩孔）出现的几率。而浆料的松散状况，与材料的表面张力、加料办法、搅拌速度、搅拌时刻、真空度等密切相关。

电极片的涂布进程，是一个成膜的进程，也是一个相分别的进程，由于液体的表面张力与固体的临界表面张力的差异，或许出现缩孔；粉体间临界表面张力的不同，或许构成缩孔的程度有所不同。

浆料的粘度、涂布机的风速、烘箱的温度与温度分布、集流体的走带速度、集流体的表面状况等都或许改动表面张力及其效果进程，导致缩孔的出现。

五、浆料涂布中缩孔的防治

1、材料表面结构的进一步改性

通过对石墨材料表面进一步的改性，前进极性基团，前进其亲水性；

2、调整粘合剂有用成分的分子结构

通过调整粘合剂有用成分的分子结构，下降其极性基团的含量，有用下降LA型水性粘合剂产品的表面张力，前进其对石墨材料的湿润程度。

3、添加具有表面活性的松散剂

在浆猜中添加PVP、CMC等具有表面活性的松散剂，确保对低表面张力的颗粒的乳化松散，前进石墨材料在水中的松散才干，即前进水对石墨材料的湿润程度。

4、添加溶剂

在浆猜中添加表面张力较低的溶剂（如乙醇等），前进水对石墨材料的湿润程度。

5、前进搅拌速度和延伸搅拌时刻。

6、前进浆料的粘度。

7、恰当缩短单调时刻。