锂电池浆料性质及关键影响因素分析①

锂电池浆料性质及关键影响因素分析①

1. 牛顿流体是指在受力后极易变形，且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。粘度不随剪切速率变化而变化。如：水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流

2. 非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。

如：高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等；人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液，以及像细胞质那样的“半流体”。

3. 电极浆料是一种是由多种不同比重、不同粒度的原料组成，又是固-液相混合分散，形成的浆料属于非牛顿流体。

4. 非牛顿液体的粘度除了与温度有关外，还与剪切速率、时间有关，并有剪切变稀或剪切变稠的变化。

5. 浆料的性质：

①流动性：不断断续续就是流动性好；

②流平性：影响了涂布的平整度和均匀度；

③流变性：是指浆料在流动中的形变特征。

6. 浆料的分散：

①干粉混合：颗粒之间以点点、点面、点线形式接触；

②泥状捏合：加入粘结剂液体或溶剂，原材料被润湿、呈泥状。经过搅拌机的强力搅拌，物料受到机械力的剪切和摩擦，同时颗粒之间也会有内摩擦，在各个作用力下，原料颗粒之间趋于高度分散（大颗粒破裂）。

③稀释分散：缓慢加入溶剂调节浆料粘度和固含量。此阶段分散与团聚共存，并最后达到稳定。物料的分散主要受机械力、粉液间摩擦阻力、高速分散剪切力、浆料与容器壁撞击相互作用力的影响。

7. 浆料的影响因素：

①粘度过高或过低都是不利于极片涂布的，粘度高的浆料不容易沉淀且分散性会好一点，但是过高的粘度不利于流平效果，不利于涂布（后续辊压时易造成极片局部裂纹、甚至断裂）；粘度低时虽然浆料流动性好，但干燥困难，降低了涂布的干燥效率，粘度过低还会发生涂层龟裂、浆料颗粒团聚、面密度一致性不好等问题。

②分析解决浆料粘度变化的原因，要从粘结剂的本质及浆料分散程度上着手。

③粘度升高：

*正极浆料在放置一段时间后粘度升高。其原因一（短时间放置）是浆料搅拌速度过快，粘结剂未充分溶解，放置一段时间后PVDF粉末充分溶解，粘度升高。通常来说，PVDF需要至少3个小时才能充分溶解，无论多快的搅拌速度都无法改变这一影响因素；

*原因之二（长时间放置）是浆料静置过程中，胶体由溶胶状态变为凝胶状态，此时如果对其进行慢速匀浆，其粘度可以恢复；

*原因之三是胶体与活物质、导电剂颗粒之间形成了一种特殊的结构，此状态是不可逆的，浆料粘度升高后无法恢复；

*负极浆料粘度升高主要是由粘结剂分子结构被破坏引起的，分子链断裂后被氧化后浆料粘度升高；

*如果物料被过度分散，颗粒粒径产生较大的降低，也会增加浆料的粘度。

④粘度降低：

*正极浆料粘度降低。原因之一，粘结剂胶体发生了性状的变化。如浆料传输过程中受到强剪切力、粘结剂吸收水分发生质变、搅拌过程中导致结构发生变化、自身发生降解等；

*原因之二，搅拌分散不均匀导致浆料中固体物质大面积沉降；

*原因之三，搅拌过程中粘结剂受到设备和活物质的强剪切力和摩擦力，在高温情况下发生性状变化，造成粘度下降；

*负极浆料粘度降低。原因之一CMC中混有杂质，CMC中的杂质大多是难溶性高分子树脂，当CMC与钙、镁等混溶时，会降低其粘度；

*原因之二CMC是羟甲基纤维素钠，其主要是C/O的结合，键强很弱极易被剪切力破坏，当搅拌速度过快或时间太长时有可能破坏CMC的结构。CMC在负极浆料中起到增稠和稳定的作用，同时对原材料的分散起重要的作用，其结构一旦发生破坏，必然引起浆料沉降，粘度降低；

*原因之三是SBR粘结剂的破坏。在长时间搅拌下极易发生破乳，导致粘结性失效，浆料粘度降低。

⑤果冻状及时高时低：

*水分。考虑活物质吸潮、搅拌过程水分控制不好，原材料吸收水分后或者搅拌环境湿度较高，导致PVDF吸收水分变成果冻状；

*浆料或材料的pH值。pH值越高，对水分的控制就要求更严格，尤其是NCA 、 NCM811等高镍材料的搅拌。

*浆料粘度忽高忽低，原因之一可能是浆料测试过程中未完全稳定下来，浆料粘度受温度的影响很大。尤其是被高速分散之后，浆料内部温度存在一定的温度梯度，取样不同粘度也不尽相同；

*原因之二是浆料的分散性差，活物质、粘结剂、导电剂没有良好的分散开，浆料就没有好的流动性，自然浆料粘度忽高忽低。