锂离子电池胶液与浆料的黏度影响因素

Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｃｈａｎｇｓ ｏｆ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｌｕｒｒｙ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｗｉｔｈ
ｒａｐｉｄｌｙ－ｃｈａｎｇｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
图７为负极浆料骤热骤冷时黏度变化曲线。从
图７中可以看出，负极浆料从３５ ℃骤冷至５ ℃，浆料
黏度升高，再升温至 ４５ ℃，浆 料 黏 度 降 低，恢 复 至 室
比 率 或 其 它 物 质 的 添 加，黏 度 的 改 变 都 是 可 能 的 。 ［４］ 关 于 影 响 黏 度 因 素 的 研 究 有 很 多 ，最 有 可 能 影 响 材 料 流变行为的因素之一为温度 。 ［５］ 对于搅拌浆料，由 于 温 度 直 接 影 响 分 子 的 扩 散 ，从 而 影 响 黏 度 系 数 。 时 间 明显地影响材料的摇变性质和流变性质［６］，其黏 度 会 随着时间而改变，因 此 在 研 究 黏 度 影 响 因 素 时，时 间 的效应是必须做考量的。
２ 结 果 与 讨 论
２．１ ｐＨ 值对胶液黏度的影响
采用不同 浓 度 的 草 酸 溶 液 将 分 散 完 全 的 ＣＭＣ
胶液由 ２．２％ 固 含 量 稀 释 至 １．８％，测 试 胶 液 ｐＨ 值
和黏度，结果 见 图 １。 发 现 在 温 度 一 定 的 情 况 下，随
着源自文库酸浓度的增 加，胶 液 ｐＨ 值 在 逐 渐 降 低，胶 液 黏
度也随之降 低。 当 草 酸 浓 度 达 到 ０．１５％ 时，胶 液 黏
度 降 为 初 始 值 的 ６２．５６％ 。
胶液黏度开始出现大幅度降低的拐点位置是在
胶液的 ｐＨ 值降低 至 小 于 ４．５ 时，故 浆 料 的 有 效 ｐＨ
值 要 大 于 ４．５。
２．２ 时 间 对 浆 料 黏 度 的 影 响
取 生 产 的 负 极 浆 料 ，测 试 不 同 温 度 下 浆 料 黏 度 的 变化；对负极浆料进 行 不 同 温 度 搅 拌 后，测 试 浆 料 黏 度的变化；负极浆料 在 同 一 温 度 搅 拌 不 同 时 间 后，测 试 浆 料 黏 度 的 变 化 ；负 极 浆 料 先 骤 冷 再 骤 热 的 实 验 中 亦测试浆料黏度的变化。
１ 实 验 １．１ 实 验 试 剂 与 设 备
羧甲基纤维素（ＣＭＣ）（工 业 纯，深 圳 康 地 雅 公 司 生产），草酸（工业 纯，安 徽 东 风 化 工 有 限 公 司 生 产）， 石墨（工业纯，深圳贝特瑞公司生产），ＳＰ 与 ＫＳ－６（工 业 纯 ，上 海 海 逸 公 司 ）。
合 浆 使 用 北 京 七 星 华 创 设 备 ，实 验 过 程 中 的 黏 度 测试使用 Ｆｕｎｇｉｌａｂ ＦＬＢ－２５Ｌ 黏度计。 １．２ 测 试 方 法
电池工业 第１７卷第６期 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ ２０１２年１２月
①
锂离子电池胶液与浆料的黏度影响因素
王 双 双 ，张 佳 瑢 ，王 晨 旭 ，谢 佳
（合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院，安徽 合肥 ２３００１１）
Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２０１２
电池工业 王双双，等：锂离子电池胶液与浆料的黏度影响因素 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ
的时间段控制浆料的测试。 ２．３ 温 度 对 浆 料 黏 度 的 影 响
图４为不同 温 度 下 负 极 浆 料 黏 度 变 化。 从 图 ４ 中可以看出，在７～ ９０ ℃区间内，负极浆料黏度随温 度的升高而减小。７℃ 的 低 温 情 况 下，浆 料 黏 度 为 常 温（（２５±２）℃，下 同）时 的 ２．５ 倍，４５℃ 时，黏 度 降 至 常温时的一半，９０ ℃ 时，黏 度 降 至 常 温 时 的 ５％。 所 以，分散完全的负极 浆 料，在 使 用 过 程 中 必 须 控 制 其 使用温度处在较好 的 环 境 下，这 涉 及 到 环 境 温 度、搅 拌 温 度 、管 道 温 度 的 控 制 等 等 。
① 收稿日期：２０１２－０６－０４
作 者 简 介 ：王 双 双 （１９８５－），女 ，山 东 人 ，硕 士 ，主 要 从 事 锂 离 子 电 池 研 究 。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＷＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ－ｓｈｕａｎｇ （１９８５－），ｆｅｍａｌｅ，ｍａｓｔｅｒ，ｌｉｔｈｉｕｍ ｂａｔｔｅｒｙ
３５０
负极浆料 分 别 在 ５０ ℃、６０ ℃、７０ ℃、８０ ℃、９０
温，浆料黏度又随着恢复。３０ ℃ 的温差，对浆料黏度 没 有 永 久 性 破 坏 ，但 是 温 度 的 急 剧 变 化 会 对 浆 料 的 沉 降造成一定的影响。
由 于 是 将 亲 油 性 的 负 极 浆 料 分 散 在 水 系 中 ，较 低 的温度影响分散，较 高 的 温 度 会 使 浆 料 失 效，所 以 基 于温度因素的影响，对 于 配 料 及 搅 拌 车 间，实 施 相 应 的温度控制是必须 的；超 出 一 定 的 温 度 范 围，黏 度 的
Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２０１２
电池工业 第１７卷第６期 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＢａｔｔｅｒｙＩｎｄｕｓｔｒｙ ２０１２年１２月
关 于 锂 离 子 电 池 浆 料 黏 度 的 研 究 鲜 有 报 道 ，本 文 主 要 研 究 了 影 响 浆 料 黏 度 的 因 素 ，除 材 料 本 身 及 组 成 的差别外，主要集中于对 于 温 度、时 间、ＰＨ 值 等 因 素 对于浆料黏度的影响。
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｇｌｕｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｌｕｒｒｙ ｆｏｒ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ＷＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ－ｓｈｕａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａ－ｒｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎ－ｘｕ，ＸＩＥ Ｊｉａ
（ＨｅＦｅｉ Ｇｕｏｘｕａｎ Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｅｆｅｉ，Ａｎｈｕｉ ２３００１１，Ｃｈｉｎａ）
取浓度为２．２％的分散好的 ＣＭＣ 胶液，测其ｐＨ 值和黏度，分别配 制 ５ 份 不 同 ｐＨ 值 的 草 酸 溶 液，加 入到５份 ＣＭＣ 胶液中，固含量稀释至１．８％，测试黏 度的变化。
取生 产 负 极 浆 料，静 置，测 试 不 同 时 间 下 浆 料 黏 度 的 变 化 ，并 取 上 部 和 底 部 静 置 浆 料 测 试 其 固 含 量 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ ｈａｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ．Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｏｆ ｇｌｕｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｌｕｒｒｙ ｆｏｒ Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｗｅｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐＨ ｖａｌｕｅ，ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅ ｅｘｐｅｒｉ－ ｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ，ｉｔ ｗａｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｇｌｕｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｗａｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ４．５， ｔｈｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ ｗａｓ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ４８ｈ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍ－ ｐｅｒａｔｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ；ｇｌｕｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｓｌｕｒｒｙ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ
从图５与图 ６ 中 得 出，即 使 随 着 温 度 的 恢 复 浆 料 黏 度 恢 复 至 常 态 ，但 经 历 过 高 温 处 理 的 浆 料 比 正 常 浆 料 更 易 沉 降 。 可 见 ，温 度 对 于 负 极 浆 料 的 黏 度 有 很 大的影响。
图 ７ 负 极 浆 料 骤 冷 骤 热 时 黏 度 变 化 曲 线
３５２
的浆料在２４ｈ内，黏度 变 化 不 大，将 上 部 和 底 部 浆 料
对 于 锂 离 子 电 池 生 产 来 说 ，浆 料 的 使 用 时 间 必 有
搅拌恢复，黏度也 可 随 之 恢 复。 从 图 ３ 中 可 以 看 出， 明确规定。为保障生产控制的一致性，也必须在相同
３５１
℃的高温 下 搅 拌，在 室 温 条 件 静 置 后 黏 度 变 化 见 图 ６。由图６可见，经 过 高 温 搅 拌 后，搅 拌 的 温 度 越 高， 浆料在室温恢复的过程中沉降越严重。
图 ６ 负 极 水 系 浆 料 不 同 高 温 搅 拌 后 、 黏度在室温下的变化曲线
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｃａｔｈｏｄｅ ｓｌｕｒｒｙ ａｆｔｅｒ ｓｔｉｒｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
从图 ５ 中 看 出，负 极 浆 料 在 ６０ ℃ 下 分 别 搁 置 ２ ｈ、４ｈ、６ｈ，高 温 搁 置 的 时 间 越 长 ，相 应 的 浆 料 在 室 温 条件 静 置 时 黏 度 越 大，沉 降 会 越 严 重。 高 温 搁 置 ２ｈ 恢复室温２４ｈ后浆料上下部 黏 度 差 约 ８００ ｍＰａ·ｓ， 高 温 搁 置 ８ｈ 恢 复 室 温 ２４ｈ 后 浆 料 出 现 明 显 分 层 ，上 下 部 黏 度 差 约 １７００ ｍＰａ·ｓ。
对 于 锂 离 子 电 池 生 产 来 说 ，涂 布 是 电 池 生 产 的 一 道关键工序，直接影 响 电 极 及 电 池 质 量，所 以 对 于 电 池浆料的控制相当重要 。 ［１］ 浆料属于非牛顿流 体，黏 度 反 映 了 非 牛 顿 流 体 的 基 本 特 征 ，对 于 影 响 浆 料 黏 度 的因素，非 牛 顿 流 体 黏 度 测 定 的 研 究 具 有 重 要 的 意 义 。 ［２］ 材料的组成是影响黏度的一个重要参数，比 如 主材、添加剂等［３］，当组成改变后，不管是组成物 质 的
不 同 搁 置 时 间 后 ，浆 料 不 同 部 位 黏 度 的 变 化 见 图
２。分别取上部和底 部 静 置 浆 料 测 试 固 含 量，结 果 见 上下层间固含量的 变 化 也 不 大 所 以 浆 料 没 有 明 显 分
图 ３。
层，但４８ｈ后下层固含量－上层固含量 ＝１２．７％，分层
从图 ２ 中 可 以 看 出，温 度 恒 定 情 况 下，静 置 状 态 很明显，浆料沉降。
摘要：锂离子电池浆料的分散性、黏度等对电池性能有重要的影响。从 ｐＨ 值、时间、温度等方面研 究 了 影 响 锂 离 子 电 池 胶 液 黏 度 和 浆 料 黏 度 的 因 素 ，并 进 行 极 端 条 件 下 的 实 验 ，分 别 得 出 不 同 影 响 因 素发生突变的转折点。通过实验数据，提出了保证浆料在时间、温度、ｐＨ 等方面正常使用的 建 议： 胶液 ｐＨ 值一般要大于４．５，浆料放置时间最好小于４８ｈ，温度控制在常温最佳。 关 键 词 ：锂 离 子 电 池 ；胶 液 ；浆 料 ；黏 度 ；影 响 因 素 中 图 分 类 号 ：ＴＭ９１２．９ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００８－７９２３（２０１２）０６－０３５０－０４