DQZHAN技術(shù)訊：鋰電池?zé)o塵合漿新工藝及其市場(chǎng)分析
摘要：筆者開發(fā)了一種用于鋰電池粉體活性材料——正極、負(fù)極、導(dǎo)電劑、粘接劑的完全無(wú)塵清潔合漿技術(shù)，并進(jìn)行了相應(yīng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)布局。通過(guò)在鋰電池粉體活性材料合漿過(guò)程中，使用相應(yīng)的可溶解的包裝袋來(lái)包裝粉體的鋰電池活性材料(例如純PVDF材質(zhì)包裝袋)，把可溶解包裝袋和鋰電池粉體活性材料一起投入合漿過(guò)程所用的溶劑中，從而實(shí)現(xiàn)清潔合漿的工藝，完全避免合漿過(guò)程的粉塵污染。
為了促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，降低電極反應(yīng)的阻力，絕大多數(shù)的鋰電池活性材料都使用粉體材料，包括鋰電池的正極材料、負(fù)極材料、粘接劑材料、導(dǎo)電劑材料。鋰電池的活性材料都要經(jīng)過(guò)配料，與相應(yīng)的溶劑(例如NMP或者水)相混合，攪拌分散(或溶解)均勻，制成漿料的工序，才能用于鋰電池的制造。
在合漿的過(guò)程中，粉體的活性材料中的小顆粒容易形成粉塵污染，弄臟工作環(huán)境。投料結(jié)束包裝袋中殘余少量粉體的活性材料，也容易弄臟工作環(huán)境。以磷酸鐵鋰正極材料和碳納米管導(dǎo)電劑為代表，粉塵污染的情況尤其嚴(yán)重。
為此，筆者開發(fā)了一種用于鋰電池粉體活性材料的完全無(wú)塵清潔合漿技術(shù)，并進(jìn)行了相應(yīng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)布局。通過(guò)在鋰電池粉體活性材料合漿過(guò)程中，使用相應(yīng)的可溶解的包裝袋來(lái)包裝粉體的鋰電池活性材料(包裝袋外袋還是傳統(tǒng)的鋁塑膜包裝袋，內(nèi)袋是可溶解的包裝袋)，把可溶解包裝袋和鋰電池粉體活性材料一起投入制漿過(guò)程所用的溶劑中，從而實(shí)現(xiàn)清潔制漿的過(guò)程，完全避免粉塵污染。
以PVDF材質(zhì)包裝袋來(lái)說(shuō)明，規(guī)格350mmx460mm大小的袋子，厚度是40微米，重量是21.76g，容積是8升。這樣的袋子，在NMP里常溫?cái)嚢柘?分鐘就溶解了。用來(lái)裝磷酸鐵鋰材料的話，可以裝6公斤左右，這樣袋子相對(duì)磷酸鐵鋰的重量比就是21.76/6000=0.36%。而磷酸鐵鋰正極配方里常見的PVDF添加量相對(duì)正極是2.5%，也就是說(shuō)PVDF袋子相對(duì)整個(gè)PVDF粘接劑的量才14.4%，對(duì)整個(gè)粘接效果沒(méi)什么太明顯改變和影響，也不會(huì)帶來(lái)雜質(zhì)，因?yàn)镻VDF包裝袋和粘接劑都是PVDF材質(zhì)。就算配方里把PVDF粘接劑的量相對(duì)磷酸鐵鋰正極降到1.5%，PVDF袋子相對(duì)整個(gè)PVDF粘接劑的量才24%。這個(gè)可溶包裝袋，其實(shí)只是提供一層簡(jiǎn)單的防粉體泄露的膜就可以。在生產(chǎn)實(shí)際里，主要包裝強(qiáng)度靠鋁塑膜包裝外袋來(lái)提供，里面有一層薄的可溶PVDF包裝袋就可以。
用來(lái)裝三元NCA和NCM材料的話，需要用規(guī)格350mmx460mm大小厚度80微米的PVDF袋子，重量是43.52g，容積是8升，可以裝17公斤左右的NCA和NCM正極材料。這樣的袋子，在NMP里常溫?cái)嚢柘?分鐘就溶解了。相對(duì)正極PVDF，袋子的重量比是43.52/17000=0.26%。而三元材料正極配方里常見的PVDF添加量相對(duì)正極是1.5%，也就是說(shuō)PVDF袋子相對(duì)整個(gè)PVDF粘接劑的量才17.3%，對(duì)整個(gè)粘接效果沒(méi)什么太明顯影響，也不會(huì)帶來(lái)雜質(zhì)，因?yàn)镻VDF袋子就是PVDF材質(zhì)的。就算配方里把PVDF粘接劑的量相對(duì)正極降到1.0%，PVDF袋子相對(duì)整個(gè)PVDF粘接劑的量才26%。
目前能帶來(lái)立竿見影改變的是，用可溶PVDF包裝袋工藝處理導(dǎo)電劑—導(dǎo)電炭黑(特密高公司的SP)、導(dǎo)電石墨(特密高公司的KS-6)、碳納米管和PVDF粘接劑本身。這幾種材料，PVDF袋子帶來(lái)的影響是完全可以忽略不計(jì)的。對(duì)于導(dǎo)電劑SP的投料，粉塵非常嚴(yán)重，迫切需要可溶包裝袋的技術(shù)來(lái)改善投料的操作環(huán)境。這個(gè)效果是立竿見影的，也沒(méi)有副作用。導(dǎo)電炭黑SP去年國(guó)內(nèi)銷售了幾千噸。這樣的技術(shù)對(duì)負(fù)極材料也是適用的，包裝袋的材質(zhì)采用水溶性的高分子材質(zhì)就好。
這樣做的好處在于：
1、完全避免使用鋰電池粉體活性材料過(guò)程中的粉塵污染;
2、可以快速投料;
3、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;
4、不需要復(fù)雜的噸袋投料和氣流輸送工藝，節(jié)約投料設(shè)備投資和費(fèi)用，也不需要后期維護(hù)投料設(shè)備;
5、無(wú)需二次稱重計(jì)量，可以**重量投料;
6、避免敏感的電池材料(例如NCA)接觸空氣里的水和灰塵，避免投料過(guò)程的空氣污染、輸送機(jī)械帶來(lái)的污染、輸送設(shè)備磨損的污染;
7、保護(hù)工人健康，完全杜絕粉塵危害;
8、制作高質(zhì)量的電池需要高度清潔的環(huán)境，**的無(wú)粉塵污染是先進(jìn)電池企業(yè)必須的。
2016年中國(guó)國(guó)內(nèi)鋰電池正極材料產(chǎn)量16.16萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)43%，產(chǎn)值超過(guò)200億元。2016全年國(guó)內(nèi)負(fù)極材料產(chǎn)量12.25萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)68.27%，2016年負(fù)極材料產(chǎn)值為66.39億元，同比增長(zhǎng)64%。以常見的25公斤一個(gè)包裝袋來(lái)計(jì)算，中國(guó)每年正極材料行業(yè)需要646萬(wàn)個(gè)這樣的包裝袋;每年負(fù)極材料行業(yè)需要490萬(wàn)個(gè)這樣的包裝袋;還有粘接劑和導(dǎo)電劑行業(yè)也需要這樣的可溶包裝袋無(wú)塵合漿工藝。通過(guò)可溶解的包裝袋實(shí)現(xiàn)清潔合漿過(guò)程的技術(shù)解決方案，向大型鋰電池廠提供這樣的解決方案，附加技術(shù)費(fèi)收費(fèi)，是可行的。
整個(gè)電池行業(yè)相關(guān)材料，都會(huì)在未來(lái)幾倍的增長(zhǎng)，這樣的無(wú)塵合漿工藝解決方案需求范圍也會(huì)幾倍的增長(zhǎng)。所有的鋰電池廠都適用這樣的技術(shù)，沒(méi)有排他性。已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)布局，沒(méi)有惡性競(jìng)爭(zhēng)。筆者希望這樣的無(wú)塵合漿工藝解決方案，能為中國(guó)鋰電池生產(chǎn)大型化、自動(dòng)化、人性化上貢獻(xiàn)一點(diǎn)力量。
