鋰離子電池漿料的流變特性研究

鋰離子電池

與傳統(tǒng)的二次電池如鉛酸電池、Ni/Cd電池等相比，在比功率、能量密度及充放電性能方面有著明顯的優(yōu)勢，鋰離子電池還有著循環(huán)壽命長、自放電率低、綠色環(huán)保等優(yōu)點。在鋰離子電池的生產(chǎn)研發(fā)過程中，正負極片的性能對于電池性能影響巨大。而其中正負極材料特性和相關的加工工藝是為重要的影響因素。相關電池漿料的流變性能直接影響漿料的存儲、涂布工藝。

電池漿料的流變特性與儲存穩(wěn)定性和涂布性能關系密切。在儲存過程中，低剪切速率范圍內(nèi)的剪切粘度越大，漿料就越穩(wěn)定。可以通過一定剪切速率下，粘度隨時間的變化關系表征電池漿料的沉降性能。

涂布過程是高剪切速率過程，在集流體上涂布后，漿料的平流過程又是低剪切速率過程。所以電池漿料在高剪切速率范圍下剪切粘度不能太高，如果粘度過大，則會造成涂布困難；在涂布后集流體上的漿料在重力和表面張力的作用下平流，在低剪切速率范圍，希望粘度逐漸恢復到涂布之前的高粘度。

在還沒有*恢復到高粘度之前，漿料的粘度還比較小，容易平流，涂層表面光滑厚度均勻。恢復的時間不能太長，也不能太短。恢復時間太長，漿料在平流過程中粘度太小，容易出現(xiàn)拖尾或者下邊緣比上面的涂層厚度高的現(xiàn)象。如果時間太短，漿料平流時間不夠。

通過DV3T、SSA描繪粘度-時間流變曲線表征漿料的儲存穩(wěn)定性

電池漿料在儲存過程中，漿料中的顆粒只受到重力的作用，剪切速率非常低，通常的剪切速率范圍是 -。在儲存過程中，粘度越大，漿料就越穩(wěn)定。BROOKFIELD博勒飛 DV3T配合SSA可以通過描繪在恒定低剪切速率下漿料的粘度隨時間的變化關系來表征電池漿料的沉降性能。

圖1是負極電池漿料在低剪切速率 0.1下的剪切粘度隨時間的變化關系。可以看出，負極漿料的剪切粘度隨儲存時間增加而減小，說明負極漿料在緩慢沉降。

圖1 負極電池漿料粘度-時間曲線（剪切速率為0.1S-1）

羧甲基纖維素鈉（CMC）是電池漿料配方中的常用助劑，主要起增稠的作用，用于懸浮固體顆粒，阻止沉降，提供存儲穩(wěn)定性。羧甲基纖維素鈉（CMC）溶液需要在低剪切速率范圍內(nèi)具有高粘度，有助于懸浮固體顆粒，降低顆粒的沉降速率。但是在高剪切速率范圍下，需要有較小的剪切粘度，便于涂布。

圖2是3%濃度的羧甲基纖維素鈉（CMC）溶液的剪切粘度曲線，可以看出，羧甲基纖維素鈉（CMC）溶液具有剪切變稀行為。

圖2 CMC溶液剪切速率-粘度曲線

電池漿料流變特性對涂布工藝的影響

電池漿料的涂布過程是高剪切速率過程，在集流體上涂布后，漿料的平流過程又是低剪切速率過程。所以電池漿料在高剪切速率范圍下剪切粘度不能太高，如果粘度過大，會造成涂布困難；

在涂布后，漿料會在集流體上的重力和表面張力的作用下平流，在低剪切速率范圍，希望粘度逐漸恢復到涂布之前的高粘度。在還沒有*恢復到高粘度之前，漿料的粘度還比較小，容易平流，涂層表面光滑厚度均勻。

恢復的時間不能太長，也不能太短。恢復時間太長，漿料平流過程中年度太小，容易出現(xiàn)拖尾或者下邊緣的厚度比上面的涂層厚度高的現(xiàn)象。如果時間太短，漿料平流時間不足。這個過程可以分為三個階段，三個剪切速率下粘度的變化來表征。

測試方法，BROOKFIELD博勒飛DV3T流變儀配合SSA利用單機編程功能，設置三個步驟，步：剪切速率0.1，測試時間60s，模擬漿料在涂布前的剪切粘度；第二步，剪切速率100，測試時間60s，模擬涂布過程的高剪切速率過程，此時剪切粘度會急劇降低；第三步，剪切速率0.1，模擬涂布后漿料粘度的恢復情況。

• 測量粘度和屈服應力的一體化工具

• 連續(xù)感應和顯示的流變儀

• 7英寸全彩色觸屏顯示

• 加強型安全控制：自定義用戶使用權(quán)限、日期和時間標記文件、密碼鎖定功能便攜式登錄設置

• 分析屈服應力、流變曲線（混合、泵送、噴涂）流平和恢復等特性指標             

• 可單機編程：輸入數(shù)據(jù)，溫度，開始運行程序，在內(nèi)置顯示屏上瀏覽結(jié)果   

• 利用RheocalcT軟件實現(xiàn)用電腦對整個流變測試過程的控制 

• 2600種轉(zhuǎn)速，可用于很寬范圍的流變分析  

• 單機模式操作時也可以使用內(nèi)建的數(shù)學模型進行數(shù)據(jù)處理和分析 

• 精度：測量范圍的±1%

• 重現(xiàn)性：±0.2%  

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