锂离子电池电极浆料是锂离子电池生产的第一道工序,也是最重要的环节。浆料必须具有良好的流动性和流平性,确保涂布工艺要求和极片涂覆厚度均匀度和平整度。另外,浆料还必须具有良好的抗沉降稳定性,假如浆料稳定性差,在后继的涂布过程中会发生分层,而且颗粒凝聚导致分散效果变差,则最后制得的电池性能(例如比容量和循环性能)将显著下降。
电极浆料是一种高固含量的悬浮体系,即具有剪切变稀特性,又具有很强的触变性、屈服特性和粘弹特性,表现出复杂的非牛顿流体行为。浆料的流动性、流平性和抗沉降稳定性都与浆料的流变特性密切相关,对提升涂布质量供应有力的参考数据。然而对浆料流变特性重要性的认识还有待升,目前只是检测单一剪切速率下的粘度,无法全面表征浆料的流变特性以指导生产工艺。
电池浆料的涂布过程是高剪切速率过程,在集流体上涂布后,浆料的流平过程又是低剪切速率过程。所以电池浆料在高剪切速率范围下剪切粘度不能太高,假如粘度过大,会造成涂布困难;在涂布后,浆料会在集流体上的重力和表面张力的用途下流平,在低剪切速率范围,希望粘度逐渐恢复到涂布之前的高粘度。在还没有完全恢复到高粘度之前,浆料的粘度还比较小,容易流平,涂层表面光滑厚度均匀。恢复的时间不能太长,也不能太短。恢复时间太长,浆料流平过程中粘度太小,容易出现拖尾或者下边缘的厚度比上面的涂层厚度高的现象。假如时间太短,浆料没时间流平。
测试过程是,第一段:剪切速率是0.1S-1,持续时间是60s,模拟浆料在涂布前的剪切粘度;第二段,剪切速率100S-1,持续是60s,模拟涂布过程的高剪切速率过程,此时剪切粘度会急剧降低;第三段,姜切速率是0.1S-1,与第一段剪切速率保持一致,观察第三段的剪切粘度逐渐增大的过程。可以含义第三段剪切粘度恢复到第一段剪切粘度绝对值得90%时所需的时间为结构回复时间,用来表示粘度恢复的快慢。从图1可以看出,负极浆料的结构恢复时间为29s。从图2可以看出,正极浆料的回复时间为2094s,非常慢。
另外,影响悬浮体系流变性能的因素有颗粒大小、颗粒粒径分布、填充颗粒的体积含量,以及衡量体系内部颗粒带电荷量参数的zeta电位等。了解影响浆料性质的核心,才能对症下药,解决不良浆料的难题。