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鋰離子電池電芯由陽極、陰極、電解液、隔膜和其他部件組成。鋰離子電池的工作原理可以簡單描述為：鋰離子在陽極和陰極之間移動，從而在充電和放電過程中攜帶并儲存電子。在整個制造過程中，涂覆步驟中的電極漿料過濾非常關(guān)鍵。經(jīng)過過濾處理后，需要將陰極/陽極電極漿料涂覆在金屬電極（集流體）上。

陰極漿料涂覆在鋁箔上，而陽極漿料涂覆在銅箔上。金屬極片上的涂層平滑，否則將造成電池的電氣短路，影響電池的功率性能。電極上的涂層缺陷會降低電池產(chǎn)量，并提高電池的缺陷率。為保證涂層上的大顆粒不會造成短路或降低電池壽命，必須使用篩網(wǎng)過濾器，只允許小于規(guī)定粒徑的活性物質(zhì)通過，而大顆粒則無法通過篩網(wǎng)過濾器。未過濾或過濾不充分會導(dǎo)致電極表面缺陷。通常情況下，在涂覆頭之后安裝電荷耦合裝置（CCD）來檢測電極的質(zhì)量。過濾和涂覆不充分帶來的缺陷包括：漏箔、凝膠團(tuán)聚、亮劃線、起泡、涂布凹坑等。

本應(yīng)用簡要介紹了在電極漿料涂覆過程中可以采用的適當(dāng)過濾方法，以減少大顆粒和可變形污染物。過濾方法得當(dāng)可以確保對涂布噴頭提供持續(xù)物料供應(yīng)，既可以提高產(chǎn)量，增加收入，也有助于提高設(shè)備的整體效率。

Part1

漿料的主要成分

陰極漿液含有作為活性成分的三元材料（Li(NiCoMn)O2）或LiFePO4、作為粘合劑的聚偏氟乙烯（PVDF）、作為溶劑的N-甲基吡咯烷酮（NMP）、以及作為添加劑的一些其他化學(xué)品。陽極漿液由以下成分組成：作為活性成分的石墨、作為粘合劑的苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR）、作為溶劑的去離子水（DI水）、以及作為添加劑的一些其他化學(xué)物質(zhì)，如羧甲基纖維素（CMC）用作增稠劑。

Part2

漿料的過濾

采用單一微米精度過濾器、梯度孔徑結(jié)構(gòu)過濾器或多個孔徑從上游到下游遞減的過濾器來優(yōu)化過濾。過濾系統(tǒng)的優(yōu)化取決于活性電池顆粒的粒度和分布。向涂布噴頭提供高質(zhì)量漿料需要監(jiān)測系統(tǒng)及每個過濾器的壓降，這確保了向模頭提供足夠的漿料；及時更換過濾器，以防止由于過濾器上的高壓降而導(dǎo)致流量衰減。漿料涂覆工藝的設(shè)計各不相同，大多數(shù)系統(tǒng)使用兩級或三級過濾。大多數(shù)客戶設(shè)計使用金屬網(wǎng)作為第一級過濾。金屬網(wǎng)過濾器可以清洗和重復(fù)使用，以降低運行成本。第二和第三級過濾采用無紡布深層過濾器。囊式過濾器是第二和第三階段操作的不錯選擇，可縮短清潔時間并快速更換，從而降低了連續(xù)涂覆過程中中斷的次數(shù)。


Part3

對漿料過濾器的要求

陰/陽極漿料中還含有凝膠狀污染物。凝膠是由漿液中的粘合劑過早固化或干燥而產(chǎn)生的。去除凝膠狀雜質(zhì)的較好方法是使用剛性深層過濾器。當(dāng)凝膠狀污染物未去除或通過表面過濾器擠出，它們將沉積在陰極或陽極電極上，導(dǎo)致電池性能下降。


在漿料過濾過程中，需要具有陡峭（分級）截留曲線的過濾器，以阻止超大顆粒，并讓小粒徑的有效成分通過。分級過濾有助于去除大顆粒漿料，同時保持固體含量。分級過濾器通常采用孔隙密度均勻的濾材制成。

此外，使用具有分級剛性結(jié)構(gòu)濾材的深層過濾器進(jìn)行漿料過濾，可以提供大量過濾層并防止由于施加壓力而導(dǎo)致的孔徑變化。

Part4

防止?jié){料浪費

電極漿料成本較高，尤其是由于活性原料的高成本而導(dǎo)致的陰極漿液。因此，應(yīng)盡可能避免漿料浪費。囊式過濾器設(shè)計應(yīng)具備低溢出，甚至無溢出、漿料材料易回收、減少清潔和使用溶劑以及減少固廢等優(yōu)點。相比之下，如果在涂覆過程中使用芯式過濾器，則需使用溶劑或去離子水清洗使用過的過濾器濾筒，這將導(dǎo)致鋰離子電池制造過程中的額外運營成本。

Part5

解決方案

通過對漿料進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^濾，將大顆粒和易變形的污染物去除，可大大減少電池缺陷。因此，能夠生產(chǎn)出一致的高質(zhì)量漿料，實現(xiàn)陰/陽極電池和涂覆工藝的穩(wěn)定性。3M™Betapure™AU系列濾芯具有剛性自支撐結(jié)構(gòu)，適用于高粘度漿料過濾。3M Betapure系列濾芯在其使用壽命期間具有出色的過濾能力。自始至終，過濾器性能保持穩(wěn)定。3M Betapure AU系列過濾器的剛性結(jié)構(gòu)不易變形，能夠抵御顆粒卸載或過濾器旁通，同時提供高效的顆粒去除能力。相較于表面過濾器，在相同的壓降下，3M Betapure AU深層濾材可以濾去更多可變形的凝膠狀污染物。此外，3M Betapure AU濾芯孔隙均勻，可攔截超大顆粒，允許小粒徑有效成分通過，具有良好的分級性能。

此外，3M™ CTG Klean密封型過濾系統(tǒng)GPJ系列是一種軟囊式過濾器設(shè)計，用薄膜封裝濾芯，在過濾器和金屬外殼之間提供物理屏障。所有的壓力負(fù)載都轉(zhuǎn)移至金屬外殼上，從而不需要沉重的塑料體。較大限度減少了物料使用，同時優(yōu)化了物料浪費。這種柔軟而薄的塑料膜很容易切開，以回收過濾結(jié)束后留在囊式過濾器的任何殘留漿料。這些設(shè)計優(yōu)勢有助于降低客戶的過濾總成本，根據(jù)計算，一支20" 3M CTG-Klean密封型過濾系統(tǒng)GPJ系列囊式過濾器可回收約0.5L的漿料。按100美元/升計算陰極漿液成本，每次更換過濾器能節(jié)省50美元。3M CTG-Klean密封型過濾系統(tǒng)GPJ系列囊式過濾器可兼容3M Betapure AU、3M™ Betapure™ NT-T和3M™ Micro-Klean™ RT濾芯。這些過濾器各自具有獨特的特點和優(yōu)勢，可用于優(yōu)化陰極或陽極過濾系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下，兩級或三級過濾器組合可以提供優(yōu)化的過濾流程，從而延長過濾器壽命、減少過濾器更換并降低總運行成本。

結(jié)論

1. 漿料涂覆工藝在漿料混合后包含多個過濾點。3M公司提供過濾解決方案，以確保漿料在輸送到涂布噴頭時，高質(zhì)量滿足漿料規(guī)格。利用上述“解決方案”部分中提到的高性能濾芯和囊式過濾器，將減少電極表面出現(xiàn)劃痕缺陷的可能性，能有效降低客戶的總運營成本。

2. 3M Betapure AU濾芯具有剛性、深層濾材和均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，可以去除超大顆粒和凝膠狀可變形污染物，并將小粒徑活性顆粒保留在漿料中，是陰/陽極漿料過濾的合適選擇。
3M CTG-Klean密封型過濾系統(tǒng)GPJ系列囊式過濾器，內(nèi)置合適的濾芯，不僅具有濾芯的所有優(yōu)點，而且基于其“軟膠囊式”設(shè)計，可以節(jié)省漿料。3M CTG-Klean密封型過濾系統(tǒng)GPJ系列囊式過濾器具有更加環(huán)保、無需清洗濾殼、操作人員不接觸漿料等優(yōu)點。 

原標(biāo)題：鋰電生產(chǎn)中的陰陽極漿料過濾