鋰離子電池漿料的流變特性研究

1、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(shì)，鋰離子電池還有著循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電率低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。在鋰離子電池的生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中，正負(fù)極片的性能對(duì)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(chǔ)、涂布工藝。 電池漿料的流變特性與儲(chǔ)存穩(wěn)定性和涂布性能關(guān)系密切。在儲(chǔ)存過(guò)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(guò)一定剪切速率下，粘度隨時(shí)間的變化關(guān)系表征電池漿料的沉降性能。 涂布過(guò)程是高剪切速率過(guò)程，在集流體上涂布后，

2、漿料的平流過(guò)程又是低剪切速率過(guò)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(guò)大，則會(huì)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(méi)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(shí)間不能太長(zhǎng)，也不能太短?；謴?fù)時(shí)間太長(zhǎng)，漿料在平流過(guò)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(shí)間太短，漿料平流時(shí)間不夠。 通過(guò)DV3T、SSA描繪粘度-時(shí)間流變曲線表征漿料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性 電池漿料在儲(chǔ)存過(guò)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

3、速率范圍是 -。在儲(chǔ)存過(guò)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(guò)描繪在恒定低剪切速率下漿料的粘度隨時(shí)間的變化關(guān)系來(lái)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(shí)間的變化關(guān)系。可以看出，負(fù)極漿料的剪切粘度隨儲(chǔ)存時(shí)間增加而減小，說(shuō)明負(fù)極漿料在緩慢沉降。 圖1 負(fù)極電池漿料粘度-時(shí)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(chǔ)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

4、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(duì)涂布工藝的影響 電池漿料的涂布過(guò)程是高剪切速率過(guò)程，在集流體上涂布后，漿料的平流過(guò)程又是低剪切速率過(guò)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(guò)大，會(huì)造成涂布困難； 在涂布后，漿料會(huì)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(méi)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

5、厚度均勻。 恢復(fù)的時(shí)間不能太長(zhǎng)，也不能太短?；謴?fù)時(shí)間太長(zhǎng)，漿料平流過(guò)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(shí)間太短，漿料平流時(shí)間不足。這個(gè)過(guò)程可以分為三個(gè)階段，三個(gè)剪切速率下粘度的變化來(lái)表征。 測(cè)試方法，BROOKFIELD博勒飛DV3T流變儀配合SSA利用單機(jī)編程功能，設(shè)置三個(gè)步驟，第一步：剪切速率0.1，測(cè)試時(shí)間60s，模擬漿料在涂布前的剪切粘度；第二步，剪切速率100，測(cè)試時(shí)間60s，模擬涂布過(guò)程的高剪切速率過(guò)程，此時(shí)剪切粘度會(huì)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(cè)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(jí)流變儀 7英寸全彩色觸屏顯示 加強(qiáng)型安全控制：自定義用戶使用權(quán)限、日期和時(shí)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(jī)編程：輸入數(shù)據(jù)，指定溫度，開始運(yùn)行程序，在內(nèi)置顯示屏上瀏覽結(jié)果 利用RheocalcT軟件實(shí)現(xiàn)用電腦對(duì)整個(gè)流變測(cè)試過(guò)程的控制 2600種轉(zhuǎn)速，可用于很寬范圍的流變