锂电池无尘合浆新工艺分析

【亚洲发电机网讯】为了促进电化学反应的进行，降低电极反应的阻力，绝大多数的锂电池活性材料都使用粉体材料，包括锂电池的正极材料、负极材料、粘接剂材料、导电剂材料。锂电池的活性材料都要经过配料，与相应的溶剂(例如NMP或者水)相混合，搅拌分散(或溶解)均匀，制成浆料的工序，才能用于锂电池的制造。

在合浆的过程中，粉体的活性材料中的小颗粒容易形成粉尘污染，弄脏工作环境。投料结束包装袋中残余少量粉体的活性材料，也容易弄脏工作环境。以磷酸铁锂正极材料和碳纳米管导电剂为代表，粉尘污染的情况尤其严重。
为此，笔者开发了一种用于锂电池粉体活性材料的完全无尘清洁合浆技术，并进行了相应的知识产权保护布局。通过在锂电池粉体活性材料合浆过程中，使用相应的可溶解的包装袋来包装粉体的锂电池活性材料(包装袋外袋还是传统的铝塑膜包装袋，内袋是可溶解的包装袋)，把可溶解包装袋和锂电池粉体活性材料一起投入制浆过程所用的溶剂中，从而实现清洁制浆的过程，完全避免粉尘污染。

以PVDF材质包装袋来说明，规格350mmx460mm大小的袋子，厚度是40微米，重量是21.76g，容积是8升。这样的袋子，在NMP里常温搅拌下5分钟就溶解了。用来装磷酸铁锂材料的话，可以装6公斤左右，这样袋子相对磷酸铁锂的重量比就是21.76/6000=0.36%。而磷酸铁锂正极配方里常见的PVDF添加量相对正极是2.5%，也就是说PVDF袋子相对整个PVDF粘接剂的量才14.4%，对整个粘接效果没什么太明显改变和影响，也不会带来杂质，因为PVDF包装袋和粘接剂都是PVDF材质。就算配方里把PVDF粘接剂的量相对磷酸铁锂正极降到1.5%，PVDF袋子相对整个PVDF粘接剂的量才24%。这个可溶包装袋，其实只是提供一层简单的防粉体泄露的膜就可以。在生产实际里，主要包装强度靠铝塑膜包装外袋来提供，里面有一层薄的可溶PVDF包装袋就可以。

用来装三元NCA和NCM材料的话，需要用规格350mmx460mm大小厚度80微米的PVDF袋子，重量是43.52g，容积是8升，可以装17公斤左右的NCA和NCM正极材料。这样的袋子，在NMP里常温搅拌下5分钟就溶解了。相对正极PVDF，袋子的重量比是43.52/17000=0.26%。而三元材料正极配方里常见的PVDF添加量相对正极是1.5%，也就是说PVDF袋子相对整个PVDF粘接剂的量才17.3%，对整个粘接效果没什么太明显影响，也不会带来杂质，因为PVDF袋子就是PVDF材质的。就算配方里把PVDF粘接剂的量相对正极降到1.0%，PVDF袋子相对整个PVDF粘接剂的量才26%。

目前能带来立竿见影改变的是，用可溶PVDF包装袋工艺处理导电剂—导电炭黑(特密高公司的SP)、导电石墨(特密高公司的KS-6)、碳纳米管和PVDF粘接剂本身。这几种材料，PVDF袋子带来的影响是完全可以忽略不计的。对于导电剂SP的投料，粉尘非常严重，迫切需要可溶包装袋的技术来改善投料的操作环境。这个效果是立竿见影的，也没有副作用。导电炭黑SP去年国内销售了几千吨。这样的技术对负极材料也是适用的，包装袋的材质采用水溶性的高分子材质就好。

这样做的好处在于：

1、完全避免使用锂电池粉体活性材料过程中的粉尘污染;

2、可以快速投料;

3、易于实现自动化;

4、不需要复杂的吨袋投料和气流输送工艺，节约投料设备投资和费用，也不需要后期维护投料设备;

5、无需二次称重计量，可以精确重量投料;

6、避免敏感的电池材料(例如NCA)接触空气里的水和灰尘，避免投料过程的空气污染、输送机械带来的污染、输送设备磨损的污染;

7、保护工人健康，完全杜绝粉尘危害;

8、制作高质量的电池需要高度清洁的环境，绝对的无粉尘污染是先进电池企业必须的。

2016年中国国内锂电池正极材料产量16.16万吨，同比增长43%，产值超过200亿元。2016全年国内负极材料产量12.25万吨，同比增长68.27%，2016年负极材料产值为66.39亿元，同比增长64%。以常见的25公斤一个包装袋来计算，中国每年正极材料行业需要646万个这样的包装袋;每年负极材料行业需要490万个这样的包装袋;还有粘接剂和导电剂行业也需要这样的可溶包装袋无尘合浆工艺。通过可溶解的包装袋实现清洁合浆过程的技术解决方案，向大型锂电池厂提供这样的解决方案，附加技术费收费，是可行的。

整个电池行业相关材料，都会在未来几倍的增长，这样的无尘合浆工艺解决方案需求范围也会几倍的增长。所有的锂电池厂都适用这样的技术，没有排他性。已经进行了相应的知识产权保护布局，没有恶性竞争。笔者希望这样的无尘合浆工艺解决方案，能为中国锂电池生产大型化、自动化、人性化上贡献一点力量。