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温度对锂电池极片的影响

锂离子电池性能受到众多因素的影响，不仅仅包括电池设计、原材料、工艺水平、设

备精度等方面，还包括生产环境因素，比如温度、粉尘和水分。即使少量的杂质也会

对锂离子电池的循环稳定性和安全性造成不利影响；水分的控制也非常关键，微量水

分就会愈电解液发生反应，产生不利影响，商业化锂离子电池在环境水分严格控制的

大型干燥间内生产，所有部件在电池组装前都要进行干燥。而温度对电池的影响也是

多方面，多工艺过程的。因此，我们必须高度重视生产过程，并严格控制质量。锂电

池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、预充、化成、老化等。

锂离子电池工艺过程

传统的商业化锂离子电池极片工艺过程为：活性物质，粘结剂和导电剂等混合制备成

浆料，然后涂敷在铜或铝集流体两面，经干燥后去除溶剂形成干燥极片，极片颗粒涂

层经过压实致密化，再裁切或分条。然后正负极极片和隔膜组装成电池的电芯，封装

后注入电解液，经过充放电激活，最后形成产品。具体的电池工艺流程如图1所示。

电池生产工艺流程

提高温度抑制浆料沉降

在锂离子电池浆料中，活性物质、导电剂分散悬浮在溶解了有机物粘结剂的溶剂中，

悬浮颗粒受到布朗力、浮力和本身重力作用。

悬浮在流体中的微粒表现出无规则运动，这种微粒的运动称之为布朗运动。液体分子

不停地做无规则的运动，不断地随机撞击悬浮微粒。因此，布朗运动是大量分子做无

规则运动对悬浮的固体微粒各个方向撞击作用的不均衡性造成的，所以布朗运动是大

B

量液体分子集体行为的结果。悬浮颗粒受到布朗力F作用，表达式如下式所示，其中

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k是布朗常量，1.381×10−J/K；r是悬浮颗粒半径，m；T是绝对温度，K。

Babs

颗粒越小，颗粒的表面积越小，同一瞬间，撞击颗粒的液体分子数越少，据统计规律，

少量分子同时作用于小颗粒时，它们的合力是不可能平衡的。而且，同一瞬间撞击的

分子数越少，其合力越不平衡，又颗粒越小，其质量越小，因而颗粒的加速度越大，

运动状态越容易改变，故颗粒越小，布朗运动越明显。

温度越高，液体分子的运动越剧烈，分子撞击颗粒时对颗粒的撞击力越大，因而同一

瞬间来自各个不同方向的液体分子对颗粒撞击力越大，小颗粒的运动状态改变越快，

故温度越高，布朗运动越明显。

另外，悬浮颗粒还受到重力和浮力的作用，这两者的合力Fg表达式为：

3

其中，ρ和ρ分别是粒子和溶剂的密度，kg/m；r是悬浮颗粒半径，m；g是

pm

重力加速度，9.81m/s2。

不规则的布朗运动阻止颗粒沉降，而重力作用使颗粒发生沉降。对于大多数溶剂中的

胶体粒子，布朗力占主导地位。然而，对于锂离子电池浆料，许多活性物质颗粒尺寸

比较大，而且活性物质(尤其是正极)的密度通常比溶剂(例如NMP)大得多，除非在涂

覆前连续搅拌，否则浆料容易发生沉降。

根据以上两个公式可知，减弱甚至避免沉降现象的方法主要包括：(i)选择与活性材

料密度相匹配的溶剂，使ρ=ρ；(ii)减小活性粒子尺寸r；(iii)增加固体含

pm

量，从而使介质密度增加；(iv)提高温度。前两种方法需要改变浆料成分，这会影响

制造工艺和电化学性能，第三种方法会增加浆料的粘度，从而缩小涂层窗口。第四种

方法提高温度，提高了沉降阻力，可以有效抑制沉降。

温度对浆料性质的影响

锂离子电池浆料搅拌工艺要达到以下目的：

a、分散活物质和导电剂颗粒团聚体；

b、打开导电剂长链，进一步分散链状导电剂；

c、形成最合适的活物质、导电剂和粘结剂彼此之间的排布方式；

d、维持浆料最优悬浮结构和成分稳定性，防止沉降和团聚等成分偏