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鋰離子電池漿料性能評價的GPS——流變特性

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年05月17日  

鋰離子電池電極漿料是鋰離子電池生產的第一道工序,也是最重要的環節。漿料必須具有良好的流動性和流平性,確保涂布工藝要求和極片涂覆厚度均勻度和平整度。另外,漿料還必須具有良好的抗沉降穩定性,假如漿料穩定性差,在后繼的涂布過程中會發生分層,而且顆粒凝聚導致分散效果變差,則最后制得的電池性能(例如比容量和循環性能)將顯著下降。


電極漿料是一種高固含量的懸浮體系,即具有剪切變稀特性,又具有很強的觸變性、屈服特性和粘彈特性,表現出復雜的非牛頓流體行為。漿料的流動性、流平性和抗沉降穩定性都與漿料的流變特性密切相關,對提升涂布質量供應有力的參考數據。然而對漿料流變特性重要性的認識還有待升,目前只是檢測單一剪切速率下的粘度,無法全面表征漿料的流變特性以指導生產工藝。


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,漿料的流平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,假如粘度過大,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用途下流平,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。在還沒有完全恢復到高粘度之前,漿料的粘度還比較小,容易流平,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,漿料流平過程中粘度太小,容易出現拖尾或者下邊緣的厚度比上面的涂層厚度高的現象。假如時間太短,漿料沒時間流平。


測試過程是,第一段:剪切速率是0.1S-1,持續時間是60s,模擬漿料在涂布前的剪切粘度;第二段,剪切速率100S-1,持續是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;第三段,姜切速率是0.1S-1,與第一段剪切速率保持一致,觀察第三段的剪切粘度逐漸增大的過程。可以含義第三段剪切粘度恢復到第一段剪切粘度絕對值得90%時所需的時間為結構回復時間,用來表示粘度恢復的快慢。從圖1可以看出,負極漿料的結構恢復時間為29s。從圖2可以看出,正極漿料的回復時間為2094s,非常慢。


另外,影響懸浮體系流變性能的因素有顆粒大小、顆粒粒徑分布、填充顆粒的體積含量,以及衡量體系內部顆粒帶電荷量參數的zeta電位等。了解影響漿料性質的核心,才能對癥下藥,解決不良漿料的難題。


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