1　緒論
1.1　基礎(chǔ)知識(shí)：電極的組成成分 001
1.2　電極是怎么形成的之一：非主流的干法電極制備過(guò)程 002
1.3　電極是怎么形成的之二：主流的濕法電極制備過(guò)程 003
1.4　極難理解又極為重要的粉體與流體微觀世界：鋰電的工藝密碼所在 004


上篇 鋰電粉體與流體物理的介觀世界
2　固液氣三態(tài)交界處的無(wú)形驅(qū)動(dòng)力：表面張力
2.1　凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部凝聚力引起的表面可見(jiàn)現(xiàn)象：表面張力 007
2.1.1 分子間引力與斥力平衡后的三種形態(tài)：固體、液體與氣體 007
2.1.2　分子間力在凝聚態(tài)內(nèi)部平衡，但表面不平衡：表面張力與表面能 011
2.1.3　極性液體表面張力大：物質(zhì)同極性相親、異極性相疏 013
2.1.4　應(yīng)力、張力與表面張力的概念區(qū)別與聯(lián)系 016
2.2　液體表面張力驅(qū)動(dòng)了表層液體流動(dòng)和顆粒漂流 017
2.2.1　固-液表面張力vs液體表面張力的結(jié)果：接觸角與浸潤(rùn)性 017
2.2.2　液面上漂浮的同浸潤(rùn)性顆粒相互吸引：麥片圈效應(yīng) 020
2.2.3　溫度引發(fā)表面張力梯度，維繼而驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)：咖啡環(huán)效應(yīng) 024
2.2.4　表面張力梯度驅(qū)動(dòng)了液體的表面流動(dòng)：酒淚與馬蘭戈尼效應(yīng) 026
2.2.5　起泡劑與消泡劑的表面張力作用機(jī)制 027
2.3　表面張力的毛細(xì)作用驅(qū)動(dòng)的虹吸現(xiàn)象、顆粒黏附、流體形變 029
2.3.1　帕斯卡原理、絕對(duì)壓力、大氣壓與真空度：人們習(xí)以為常以至于忽視其存在 029
2.3.2　疏水親水的彎曲液面通過(guò)附加大氣壓力驅(qū)動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)：毛細(xì)管力 031
2.3.3　潮濕顆粒間的毛細(xì)管力：液體橋的彎曲液面附加大氣壓力 034
2.3.4　空中流體的微小彎曲表面被毛細(xì)管力放大：瑞利不穩(wěn)定性 035
2.3.5　焊接中液態(tài)金屬的馬蘭戈尼效應(yīng)與咖啡環(huán)效應(yīng)：焊縫魚(yú)鱗紋成因 036
2.3.6　表征流體運(yùn)動(dòng)相似特征的若干常用無(wú)量綱數(shù) 038

3　粉體顆粒間的吸附與靜電作用力
3.1　表面張力、表面能與比表面積：顯著影響粉體在空氣中的吸附力 042
3.1.1　粉體的粒徑與比表面積大小決定了其表面效應(yīng)強(qiáng)弱 042
3.1.2　天空為什么是藍(lán)的？小顆粒會(huì)散射特定波長(zhǎng)的光：粒度儀原理 044
3.1.3　粉體表面效應(yīng)強(qiáng)弱的最主要標(biāo)志：吸油、吸水、吸灰的能力 046
3.1.4　氣體吸附量正比于表面積：測(cè)量粉體表面積大小的氣體吸附法 049
3.2　固體顆粒間在空氣中的靜電作用力 052
3.2.1　顆粒間靜電作用力及鋰電制造中的靜電現(xiàn)象 052
3.2.2　粉體投料中的流動(dòng)性差異與結(jié)拱現(xiàn)象：顆粒在管道內(nèi)的“交通堵塞” 054
3.3　顆粒間吸附與靜電作用力在溶液中的平衡 056
3.3.1　顆粒表面電荷吸引溶液中相反電荷的離子：雙電層理論與Zeta電位 056
3.3.2　Zeta電位是顆粒在溶劑中穩(wěn)定分散的關(guān)鍵：鹵水點(diǎn)豆腐的原理 058
3.3.3　溶劑中顆粒間的引力與斥力平衡點(diǎn)：DLVO理論 059

4　鋰電黏結(jié)劑機(jī)理：飲料增稠劑、水性漆、油性漆可做黏結(jié)劑
4.1　高分子的一般物理特性：松弛、溶脹、位阻、黏彈、流變——“性相近，習(xí)相遠(yuǎn)” 062
4.1.1　鋰電制造中黏結(jié)劑的作用與分類(lèi)：塑料、橡膠和纖維 062
4.1.2　高分子長(zhǎng)鏈難結(jié)晶，是否松弛受溫度影響：自由體積理論 064
4.1.3　高分子在溶劑中的自由體積溶脹與柔韌性 066
4.1.4　高分子在溶劑中的位阻作用與架橋作用 067
4.1.5　熵彈原理引起的黏彈性與流變性：橡皮筋與攪面條 070
4.2　用蜘蛛網(wǎng)和糖豆堆疊籃球：CMC與SBR的水乳交融 071
4.2.1　纖維素上不溶于水的基團(tuán)被溶于水的基團(tuán)取代：膏藥和食品添加劑CMC 072
4.2.2　建材市場(chǎng)的第一代室內(nèi)乳膠漆：溶于水后的SBR橡膠漆 075
4.2.3　蜘蛛網(wǎng)CMC的分散穩(wěn)定與糖豆SBR的黏結(jié)韌性：琴瑟之和、缺一不可 077
4.3　油漆干了會(huì)粘屁股：PVDF與NMP的如膠似漆 079
4.3.1　表面能低的含氟高分子家族：聚四氟乙烯VS聚偏氟乙烯 079
4.3.2　耐腐蝕、耐臟污、耐候性的室外好面漆：溶于NMP的PVDF氟碳漆 081
4.3.3　化學(xué)穩(wěn)定性好的PVDF被堿攻擊后會(huì)鏈段交聯(lián)，分子鏈難松弛 083

5　顆粒、高分子與溶劑混合后的漿料自組裝重構(gòu)：黏度、團(tuán)聚與沉降
5.1　粉體與流體間的作用力抵制形變：黏度的本質(zhì) 085
5.1.1　純?nèi)軇┑酿ざ缺举|(zhì)：流動(dòng)中分子拉拉扯扯作用力能化解外力 085
5.1.2　溶劑中加入黏結(jié)劑后的“膠水”黏度：黏結(jié)劑含量、分子量、攪拌速度的影響 087
5.1.3　膠液中加入粉體后的漿料黏度：屈服應(yīng)力、觸變性與粉體流動(dòng)的影響 089
5.1.4　溫度提高會(huì)降低漿料的溶劑和高分子黏度，但也會(huì)對(duì)PVDF造成破壞影響 092
5.1.5　漿料黏度小結(jié)：“黏度如此多嬌，引牛頓和愛(ài)因斯坦競(jìng)折腰” 093
5.1.6　固體分子的拉拉扯扯作用力也能化解外力：彈塑性固體VS黏彈性流體 094
5.2　粉體與流體間的作用力導(dǎo)致粉體抱團(tuán)：團(tuán)聚與分散 097
5.2.1　固體顆粒團(tuán)聚在一起可以降低表面能：顆粒越小趨勢(shì)越明顯 097
5.2.2　電極漿料里的靜電斥力影響因素：DLVO理論繼續(xù)延伸 098
5.2.3　疏水顆粒會(huì)被表面活性劑分散：靜電斥力和潤(rùn)濕性均增強(qiáng) 099
5.2.4　分子間引力VS位阻作用+靜電斥力：團(tuán)聚的緣起緣滅 100
5.3　粉體與流體間的作用力可克服重力：沉降與懸浮 102
5.3.1　溶劑分子熱運(yùn)動(dòng)碰撞引起的顆粒運(yùn)動(dòng)：布朗運(yùn)動(dòng) 102
5.3.2　顆粒與溶劑密度差引起的顆粒沉降：斯托克斯公式 103
5.3.3　布朗運(yùn)動(dòng)與沉降運(yùn)動(dòng)的對(duì)抗結(jié)果：顆粒的沉降與懸浮 104


下篇 鋰電粉體與流體制程
6　合漿工序機(jī)理：活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、黏結(jié)劑在溶劑中的分散
6.1　合漿的基本過(guò)程、測(cè)評(píng)指標(biāo)與投料順序設(shè)計(jì)——“對(duì)微觀個(gè)體自組織行為的宏觀調(diào)控” 107
6.1.1　合漿工序的四個(gè)基本過(guò)程與涉及的粉體流體問(wèn)題 107
6.1.2　合漿后漿料的性能評(píng)測(cè)——宏觀漿料指標(biāo)能夠表征微觀組織結(jié)構(gòu) 110
6.1.3　合漿中的顆粒附著優(yōu)先級(jí)與投料順序設(shè)計(jì)原理 114
6.1.4　溶劑分批次加入：先溶劑部分加入的半干泥狀捏合——“讓粉體顆粒充分內(nèi)卷” 117
6.2　各類(lèi)合漿機(jī)的設(shè)備原理與結(jié)構(gòu) 119
6.2.1　合漿機(jī)的分類(lèi)與優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比：固、液、氣均可傳遞機(jī)械力 119
6.2.2　超聲波攪拌：通過(guò)納米級(jí)氣泡的氣場(chǎng)與流場(chǎng)分散漿料 120
6.2.3　球磨攪拌：磨球?qū)�漿料顆粒的粉碎與攪拌 122
6.3　流體力攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)——如何讓流體力得到更好的應(yīng)用與控制 123
6.3.1　流體力攪拌粉碎團(tuán)聚體的作用原理 123
6.3.2　攪拌漿形狀與大小設(shè)計(jì)：怎樣保證攪拌桶內(nèi)的高黏度流體無(wú)死區(qū)？ 125
6.3.3　最常見(jiàn)的雙行星攪拌機(jī)：宏觀公轉(zhuǎn)與微觀自轉(zhuǎn)的結(jié)合 127
6.3.4　類(lèi)似臥式絞肉機(jī)的臥式攪拌機(jī)：?jiǎn)温輻U、雙螺桿和犁刀式 128
6.3.5　高速剪切分散攪拌機(jī)：類(lèi)似將洗衣機(jī)轉(zhuǎn)速提升到了甩干程序 131
6.3.6　攪拌功率的設(shè)計(jì)因素：怎樣設(shè)定攪拌機(jī)的速度與激情？ 133
6.3.7　合漿機(jī)的上料、溫控、除磁、抽真空、消泡裝置設(shè)計(jì) 135

7　涂布工序機(jī)理：將漿料從罐子里轉(zhuǎn)移到金屬箔材上
7.1　鋰電涂布的品質(zhì)要求與涂布方式選擇 137
7.1.1　涂布的工藝過(guò)程與控制參數(shù)要求：怎樣確保涂布均勻 137
7.1.2　浸涂：基材浸入料槽潤(rùn)濕后，拖曳帶走一部分漿料 140
7.1.3　逗號(hào)刮刀涂布：加了刮刀的浸涂工藝 141
7.1.4　凹版、微凹涂布：加了刮刀的凹版輥涂工藝 142
7.1.5　擠壓式涂布與狹縫擠壓式涂布：均為預(yù)計(jì)量涂布，區(qū)別在于基材間隙是否“狹” 145
7.2　狹縫擠壓式涂布的流體動(dòng)力原理——泊肅葉流動(dòng)與庫(kù)埃特流動(dòng)的結(jié)合 147
7.2.1　流體力學(xué)原理：容易被人誤解的伯努利方程和泊肅葉流動(dòng) 147
7.2.2　涂布上料裝置的流體力學(xué)原理——泊肅葉流動(dòng)與雷諾數(shù) 150
7.2.3　涂布模頭腔體內(nèi)的泊肅葉流動(dòng)與勻壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 152
7.2.4　泊肅葉“推力”與庫(kù)埃特“拉力”的夾球雙人舞——涂珠不能破裂 154
7.2.5　模頭上下唇間隙設(shè)計(jì)——墊片厚度、阻流塊與唇口形變調(diào)節(jié) 155
7.3　“劉玉青涂珠六力模型”的平衡過(guò)程與影響因素——涂布操作窗口的奧義 158
7.3.1　動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕、動(dòng)態(tài)接觸角與動(dòng)態(tài)潤(rùn)濕線——接觸角理論的動(dòng)態(tài)和擴(kuò)維發(fā)展 158
7.3.2　阻尼力與表面張力對(duì)涂珠受力平衡的緩沖作用 160
7.3.3　垂直涂布、水平涂布與真空箱——重力與抽真空力的反向拉力作用 163
7.3.4　涂布操作窗口原理與“劉玉青涂珠六力模型”的提出 164
7.3.5　模頭唇口與背輥的配合——基材間隙與模唇厚度的設(shè)計(jì)要訣 167
7.3.6　多層共涂技術(shù)與其操作窗口的額外限制 169
7.4　漿料中的溶劑干燥揮發(fā)，留下孔隙與顆粒 171
7.4.1　烘箱內(nèi)溶劑蒸發(fā)的能量輸入與輸出機(jī)制 172
7.4.2　烘箱中“風(fēng)”的流體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與速度調(diào)節(jié)——?dú)怏w在風(fēng)嘴中的泊肅葉流動(dòng) 173
7.4.3　溶劑、黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑在活性物質(zhì)毛細(xì)微孔中的垂直運(yùn)動(dòng)機(jī)制——重的和大的下沉、輕的和小的上浮 176
7.4.4　溶劑、黏結(jié)劑、導(dǎo)電劑在活性物質(zhì)毛細(xì)微孔中的水平運(yùn)動(dòng)機(jī)制——厚邊現(xiàn)象 180
7.4.5　涂層干燥過(guò)程產(chǎn)生的應(yīng)力分布不均——開(kāi)裂、卷曲和打皺不可避免 183
7.4.6　極片干燥的速率與階段——溶劑蒸發(fā)由外及內(nèi)、向上翻涌 186
7.4.7　烘箱的溫度區(qū)間設(shè)置——提高涂布產(chǎn)能與降低上浮遷移的平衡策略 187
7.4.8　NMP回收與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——有機(jī)、可燃、污染廢氣的處理 188
7.5　漿料流變性、黏彈性問(wèn)題帶來(lái)的涂布流動(dòng)、膜區(qū)寬度問(wèn)題 189
7.5.1　漿料黏度與抗流動(dòng)性、流平、流掛問(wèn)題 189
7.5.2　漿料的流變性在涂布流動(dòng)過(guò)程中的各種影響關(guān)系 190
7.5.3　漿料的黏彈性導(dǎo)致離模膨脹的尺寸波動(dòng) 192
7.5.4　離模膨脹效應(yīng)和厚邊效應(yīng)管控措施——墊片設(shè)計(jì)補(bǔ)償 193
7.6　涂布過(guò)程中的點(diǎn)狀缺陷分類(lèi)與辨別 194
7.6.1　涂布過(guò)程中的氣泡缺陷引入原因總結(jié) 195
7.6.2　污染物在表面張力作用下引入的縮孔缺陷 196
7.6.3　團(tuán)聚體、大顆粒、異物造成的麻點(diǎn)與豎條紋缺陷 198
7.7　涂布缺陷問(wèn)題和影響因素匯總及其對(duì)應(yīng)的閉環(huán)控制策略 199
7.7.1　涂布各類(lèi)缺陷問(wèn)題與主動(dòng)被動(dòng)影響因素匯總 200
7.7.2　涂布質(zhì)量密度與膜區(qū)形貌控制的閉環(huán)控制策略 202

8　輥壓工序機(jī)理：溶劑蒸發(fā)后留下的粉體顆�？紫队纱蟮叫�、由松到密
8.1　輥壓第一重要的參數(shù)：壓實(shí)密度對(duì)電池的影響與合理設(shè)置 205
8.1.1　輥壓和壓實(shí)密度對(duì)電池性能提升的意義 205
8.1.2　極片壓實(shí)密度的內(nèi)在機(jī)理與影響因素 207
8.1.3　極片壓實(shí)中的顆粒破碎和塑性形變 210
8.2　輥壓第二重要的參數(shù)：極片剝離強(qiáng)度的失效原因與危害 211
8.2.1　極片剝離強(qiáng)度的失效危害與測(cè)試方法 211
8.2.2　極片剝離強(qiáng)度失效的原因——粉體從箔材上為何分離 213
8.3　極片輥壓的極片非正常形變問(wèn)題與解決方案 214
8.3.1　極片的垂直形變：極片反彈的原因及控制措施 214
8.3.2　極片的水平形變：翹曲和褶皺的原因及控制措施 216
8.3.3　輥壓的熱壓工藝：熨衣服加熱可以減少壓實(shí)阻抗、提高材料可塑性 218

9　電芯烘烤與注液工序機(jī)理：輥壓留下的極片孔隙注入電解液
9.1　注液前的電芯烘烤過(guò)程——水分去除干凈 220
9.1.1　電芯烘烤過(guò)程的意義——電解液注入前先驅(qū)趕走內(nèi)部水分雜質(zhì) 220
9.1.2　電芯烘烤的溫度與真空度設(shè)置 221
9.2　電解液浸潤(rùn)的影響因素與測(cè)評(píng)方法 222
9.2.1　注液中的孔隙率、壓實(shí)密度與毛細(xì)效應(yīng) 222
9.2.2　隔膜材料浸潤(rùn)速率與多孔材料測(cè)評(píng)方法 224
9.2.3　注液與化成中的氣泡排出 224


后記　鋰電制造中的科學(xué)問(wèn)題凝練過(guò)程 224