對于鋰離子電池生產來說,涂布是電池生產的一道關鍵工序,直接影響電極及電池質量,所以對電池漿料的控制相當重要。漿料屬于非牛頓流體,粘度反映了非牛頓流體的基本特征。鋰離子電池正負極漿料粘度低了就涂不了布,涂布決定電池質量(涂布是將正負極漿料涂布在銅鋁箔上經過烘干制成制作電池的極片),電極的質量水平就決定了電池的性能。因此,非牛頓流體粘度測定的控制具有重要的意義。鋰離子電池的電極制造,正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成;負極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。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、環境等變化。在正、負極漿料中,顆粒狀活性物質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中各極片材料的漿料的混合分散至關重要,漿料分散質量的好壞,直接影響到后續鋰離子電池生產的質量及其產品的性能。
電極漿料由多種不同比重,不同粒度的原料組成,又是固液相混合分散,形成的漿料屬于非牛頓流體。為了滿足后續涂布工藝要求,漿料需要有以下三個特性:
好的流動性:流動性可以通過攪動漿料,讓其自然流下,觀察其連續性。連續性好,不斷斷續續則說明流動性好。
流平性:漿料的流平性影響的是涂布的平整度和均勻度。
流變性:流變性是指漿料在流動中的形變特性,其性質好壞影響極片質量的優劣。
電極漿料需要具有穩定且恰當的粘度,其對極片涂布工序具有至關重要的影響。對于電池漿料粘度范圍:2000-10000mPa.s,因粘度過高或過低都是不利于極片涂布的,粘度高的漿料不容易沉淀且分散性會好一點,但是過高的粘度不利于流平效果,不利于涂布;粘度過低也是不好的,粘度低時雖然漿料流動性好,但干燥困難,降低了涂布的干燥效率,還會發生涂層龜裂、漿料顆粒團聚、面密度一致性不好等問題。
粘度是鋰離子電池漿料的重要特性,當漿料粘度過高時由于設備的限制會造成涂布困難,并影響涂布速度,適當的降低粘度能夠利于設備操作,從而有助于提高涂布速度,同時較低的粘度也能夠幫助漿料脫除氣泡,但是粘度過低會導致電極的涂布量不均勻的現象加劇。
但是確定漿料最合適的粘度并不是一件簡單的工作,因為漿料的粘度于剪切速度之間有著密切的關系,因此不同的涂布速度會產生不同的粘度,Bitsch等人研究顯示如果增加漿料在低剪切速度下的粘度,可以使得電極的邊緣變得更加銳利,從而有效的減少電極邊緣的浪費。
漿料作為涂布工序的來料,其特性直接影響涂布質量。通過漿料構成我們可以知道漿料屬于固液兩相流體。生產上對漿料質量控制點主要有粘度、固含量、密度、細度和PH值。漿料的均勻一致性對于涂布工藝環節至關重要,檢驗漿料均勻一致性可通過檢測不同區域漿料的質量控制點獲取。漿料基本物性與涂布之關系:實際工藝過程中,漿料的粘度對涂布效果有一定影響,電極原材料,漿料配比比例,選取粘結劑種類不同時所制備的漿料粘度也不同。漿料粘度太高時,涂布往往無法連續穩定的進行,涂布效果也受到影響涂布液的均勻性、穩定性、邊緣和表面效應受到涂布液的流變特性影響,從而直接決定涂層的質量。
由于漿料粘度受溫度、攪拌速度、沉降時間等有關,根據牛頓流體與非牛頓流體定義,我們把漿料歸為非牛頓流體。漿料在攪拌相對均勻后,隨著攪拌時間的增加,漿料粘度逐漸降低,最后趨于一個穩定值。根據相關文獻,鋰離子電池漿料在配比、均質狀態下,存在隨著剪切率增加粘度減小的顯現,即剪切稀釋現象。綜上,我們將鋰離子電池漿料歸結為有剪切稀釋現象的非牛頓流體。由于漿料根據材料不同、配比不同、勻漿情況不同,在不同條件下,漿料的流體特性存在著變化。
密度ρ:鋰電池漿料密度一般在1400~2000kg/m3
粘度μ:鋰電池漿料根據不同工藝條件粘度一般控制在1~10Pa·s