科晶文獻角-扣式電池制備應用提示
發布時間：2020-07-16
扣式電池制備相關應用技術提示：
（1）實驗室研究一般最大顆粒直徑（Dmax）不超過50mm，工業應用不超過30mm。
（2）常用導電劑：碳基導電劑，乙炔黑（AB）、導電炭黑、Super P、350G等導電材料；
（3）常用黏結劑：聚偏氟乙烯-油性體系（PVDF體系）、聚四氟乙烯-水性體系（PTFE體系）、SBR（丁苯橡膠）乳液等；油系溶劑常采用NMP（N-甲基吡咯烷酮）
（4）常見的石墨負極極片中，CMC（羧甲基纖維素鈉）的含量一般低于10%，SBR的含量一般低于10%，導電添加劑的含量一般低于10%（高倍率電池除外）
（5）集流體的選擇：鋰離子電池極片的正負極集流體分別為鋁箔、銅箔，若選擇單面光滑的箔材，建議在粗糙的一面上涂布，以增加集流體與材料之間的結合力。箔材的厚度無特殊要求，但對箔材的面密度均勻性要求較高；若是硅基負極材料，可選用涂碳銅箔以提高粘附性，降低接觸電阻，增加測試結果的重現性，提高循環性能。
1. 混漿過程：
實驗室進行混料時，應根據樣品的質量來確定手工研磨混料或機械混料；如活性材料的質量在0.1~5.0g時建議采用手工研磨法，活性材料的質量超過5.0g時，建議采用混料設備進行混料。
機械混漿時要注意將黏結劑（如：PVDF）加入溶劑NMP中，在50℃以下攪拌至完全溶解，然后根據比例進行配比。注意需將粘在壁上的材料處理并混入漿料中，防止因比例不對造成偏差。混漿過程時間過短或過長，漿料不均或過細都會影響到極片整體質量和均勻性。
2. 極片輥壓：
輥壓極片時壓實密度應盡量接近工業中極片的壓實密度（工業上石墨負極常用的壓實密度為 1.3~1.7g/cm3，）；（壓實密度：面密度/（極片輥壓后的厚度-集流體的厚度），單位：g/cm3）注：合適的正極壓實密度可增大電池的放電容量，減小內阻，減小極化損失，延長電池的循環壽命，提高鋰離子電池的利用率。壓實密度過大或過小均不利于鋰離子的嵌入嵌出。
3. 極片壓切：
應盡量選擇形貌規則、表面及邊緣平整的極片；若極片邊緣有毛刺或起料，可采用小毛刷進行輕微處理。在高精度天平上進行稱量所挑選合格的極片。利用厚度儀對極片的厚度進行測量時，多個極片的測量數值誤差在3%以內，則認為該極片厚度均一性良好，并記錄厚度平均值。
扣式電池組裝及注意事項：
負極殼平放于絕緣臺面，金屬鋰片置于負極殼中心，并用壓片模具對金屬鋰片進行平整化處理，然后將隔膜平放于鋰片上層，用滴加適量電解液在隔膜表面。用絕緣鑷子將測試極片、墊片、彈簧片和正極殼依次置于隔膜上層（測試極片的活性材料一側需貼近隔膜）。用絕緣鑷子將扣式電池負極側朝上置于扣式電池封口機模具上，調整壓力（一般為800Pa，5s）
注：
（1） 1mA×h/cm2相當于5mm厚鋰箔，實際購買的鋰片往往在400~500 mm，相當于80~100 mA×h/cm2，工業級的正負極極片單面容量一般在2~4 mA×h/cm2。
（2）用于制備扣式半電池時常采用F15~15.8mm（對應極片尺寸為14mm的CR2032扣式電池），厚度0.5~0.8mm，表面平直、銀白色光亮、無油斑、穿孔和撕裂。
（3）隔膜：一般為具有納米孔隙的絕緣膜，吸附電解液后可允許離子雙向傳輸，常采用單層或多層的聚乙烯或聚丙烯隔膜。
（4）在扣式電池中，需保證隔膜直徑＞鋰片直徑＞極片直徑；
（5）在用鑷子移動整個扣式電池的時候，需用絕緣鑷子以防止正負極短路；
（6）鋰片放置步驟：將鋰片邊緣光滑面朝隔膜一側放置，必要時可用平整的與鋰不反應的硬物壓平金屬鋰片的表面，以防止鋰片邊緣毛刺穿破隔膜導致電池短路。
（7）配件清洗：不銹鋼部件可分別用去油污清潔劑、丙酮、乙醇、水依次進行超聲清洗，在使用去油污清潔劑清洗時可適當提高清洗溫度達到去除部件表面油污的目的。聚四氟乙烯部件：使用除丙酮以外的其他幾種試劑進行清洗，清洗后的部件需在烘箱中進行干燥處理。
（8）極片清洗：常采用的方法將單面極片浸泡于DMC等溶劑中6~8h，或用鑷子夾起，利用滴管吸取DMC，對目標極片含活性物質一側進行正面沖洗數次，或兩種方法結合使用。清洗后，將極片進行真空干燥以去除溶劑（清洗及真空干燥均在手套箱中進行）。
（9）極片干燥：干燥溫度、時間、環境，對于NMP油系溫度需100℃以上，在能夠烘干的前提下，盡量降低干燥溫度，增加干燥時間。
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