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(fù)極片的性能對于電池性能影響巨大。而其中正負(fù)極材料特性和相關(guān)的加工工藝是最為重要的影響因素。相關(guān)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(guān)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?？梢酝ㄟ^一定剪切速率下，粘度隨時間的變化關(guān)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(fù)到涂布之前的高粘度。

在還沒有完全恢復(fù)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?；謴?fù)的時間不能太長，也不能太短?；謴?fù)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(guān)系來表征電池漿料的沉降性能。

圖1是負(fù)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(guān)系。可以看出，負(fù)極漿料的剪切粘度隨儲存時間增加而減小，說明負(fù)極漿料在緩慢沉降。

圖1 負(fù)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(fù)到涂布之前的高粘度。在還沒有完全恢復(fù)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(fù)的時間不能太長，也不能太短?；謴?fù)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(shè)置三個步驟，第一步：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(fù)情況。

• 測量粘度和屈服應(yīng)力的一體化工具

• 連續(xù)感應(yīng)和顯示的高級流變儀

• 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(biāo)記文件、密碼鎖定功能便攜式登錄設(shè)置

• 分析屈服應(yīng)力、流變曲線（混合、泵送、噴涂）流平和恢復(fù)等特性指標(biāo)             

• 可單機編程：輸入數(shù)據(jù)，指定溫度，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(xué)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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