背 景
目前,不論是太陽能電池,還是鋰離子蓄電池,其核心都是鋰離子電池。而鋰電池電極漿料制備是鋰電池生產(chǎn)的道工序,也是重要的環(huán)節(jié)。
鋰電池的電極制造,包含了由粘合劑、導(dǎo)電劑、正極材料等組成的正極漿料,以及由粘合劑、石墨碳粉等組成的負(fù)極漿料。正、負(fù)極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過程,而且在這個(gè)過程中都伴隨著溫度、粘度、環(huán)境等變化。
在正、負(fù)極漿料中,顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運(yùn)動(dòng),因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關(guān)重要,漿料分散質(zhì)量的好壞,直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。
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(qiáng)的觸變性、屈服特性和粘彈特性,表現(xiàn)出復(fù)雜的非牛頓流體行為。然而對漿料流變特性重要性的認(rèn)識到如今其實(shí)還有待提升,部分客戶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(dǎo)生產(chǎn)工藝。
流變特性解析
1、粘度的定義(如下)
2、流體的分類(牛頓流體和非牛頓流體)
其中,我們?yōu)樽⒅氐膸最惙謩e為假塑性流體(下圖綠線)、賓漢流體(下圖黑線)及觸變性流體。
測試儀器:Brookfield博勒飛RSO流變儀
上圖反映了樣品的觸變性(即剪切變稀與時(shí)間相關(guān)性)
測試方法
電池漿料除單點(diǎn)粘度外,常用如下的測試方法:
1、剪切率變化(剪切率掃描,轉(zhuǎn)速變化)測試(0-260 1/S),不同情況下使用的測試條件會(huì)有不同。
目的:電池漿料的涂布過程是高剪切速率過程,在高剪切速率范圍下電池漿料的剪切粘度不能太高。因此,我們需要了解漿料在高剪切下是否能夠達(dá)到理想的粘度狀態(tài)(便于涂布,一般涂布印刷的噴嘴很小,粘度高容易堵住噴嘴),即便從噴嘴噴出,粘度高也不便于涂布。
觸變性結(jié)果(我們可以通過多次測試,得出一個(gè)理想的結(jié)果范圍)。
3、“零”剪切測試
目的:由于漿料多數(shù)是金屬分散體系(現(xiàn)在為常見的就是銀漿),確認(rèn)漿料在靜置(即儲存條件下)情況下的粘度。
結(jié)論與分析
粘度是影響電池漿料品質(zhì)的重要因素:
1、影響漿料的絲網(wǎng)印刷過程中的成膜及涂布性能;
2、影響漿料儲存運(yùn)輸,持久穩(wěn)定等性能。
流變儀在電池漿料行業(yè)有著重要的應(yīng)用:
1、測試電池漿料粘度特性,確認(rèn)電池漿料的流動(dòng)性能;
2、通過“零”剪切粘度測試來評價(jià)電池漿料的儲存及運(yùn)輸穩(wěn)定性(還可以配合穩(wěn)定儀一同表征樣品的穩(wěn)定性);
3、測試電池漿料高剪切速率下粘度,評價(jià)其涂布性能及混合生產(chǎn)時(shí)的性能;
4、測試電池漿料觸變性來評價(jià)其流平性能等。
銀漿絲網(wǎng)印刷效果的好壞直接影響鋰電池的性能,而絲網(wǎng)印刷效果的好壞又是由銀漿的流變特性所決定的,因此電池漿料的流變性能是需要重點(diǎn)關(guān)注的物性參數(shù)。