流變儀在電池漿料行業(yè)的應用

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)的第一道工序，也是最重要的環(huán)節(jié)。

 

鋰電池的電極制造，包含了由粘合劑、導電劑、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極漿料。正、負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,而且在這個過程中都伴隨著溫度、粘度、環(huán)境等變化。

 

在正、負極漿料中，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動，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，又具有很強的觸變性、屈服特性和粘彈特性，表現(xiàn)出復雜的非牛頓流體行為。然而對漿料流變特性重要性的認識到如今其實還有待提升，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，我們最為注重的幾類分別為假塑性流體（下圖綠線）、賓漢流體（下圖黑線）及觸變性流體。

測試儀器：RST 系列觸屏流變儀

上圖反映了樣品的觸變性（即剪切變稀與時間相關性）
 

測試方法

電池漿料除單點粘度外，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)在最為常見的就是銀漿），確認漿料在靜置（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)有著重要的應用：

1、測試電池漿料粘度特性，確認電池漿料的流動性能；

2、通過“零”剪切粘度測試來評價電池漿料的儲存及運輸穩(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，評價其涂布性能及混合生產(chǎn)時的性能；

4、測試電池漿料觸變性來評價其流平性能等。

 

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關注的物性參數(shù)。