电池浆料粘度/在线粘度计/电池浆料粘度控制的重要性/在线粘度控制在电池浆料生产中的应用

1. 牛顿流体是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。
粘度不随剪切速率变化而变化。
如:水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低速流动的气体等均为牛顿流体。
2. 非牛顿流体是指不满足牛顿黏性实验定律的流体,即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。
如:高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等;人身上血液、淋巴液、囊液等多种体液,以及像细胞质那样的“半流体”。
3. 电极浆料是一种是由多种不同比重、不同粒度的原料组成,又是固-液相混合分散,形成的浆料属于非牛顿流体
4. 非牛顿液体的粘度除了与温度有关外,还与剪切速率、时间有关,并有剪切变稀或剪切变稠的变化。
5. 浆料的性质:
流动性:不断断续续就是流动性好;
流平性:影响了涂布的平整度和均匀度;
流变性:是指浆料在流动中的形变特征。
6. 浆料的分散:
干粉混合:颗粒之间以点点、点面、点线形式接触;
泥状捏合:加入粘结剂液体或溶剂,原材料被润湿、呈泥状。经过搅拌机的强力搅拌,物料受到机械力的剪切和摩擦,同时颗粒之间也会有内摩擦,在各个作用力下,原料颗粒之间趋于高度分散(大颗粒破裂)
稀释分散:缓慢加入溶剂调节浆料粘度和固含量。此阶段分散与团聚共存,并最后达到稳定。物料的分散主要受机械力、粉液间摩擦阻力、高速分散剪切力、浆料与容器壁撞击相互作用力的影响。
7. 浆料的影响因素:
粘度过高或过低都是不利于极片涂布的,粘度高的浆料不容易沉淀且分散性会好一点,但是过高的粘度不利于流平效果,不利于涂布(后续辊压时易造成极片局部裂纹、甚至断裂);粘度低时虽然浆料流动性好,但干燥困难,降低了涂布的干燥效率,粘度过低还会发生涂层龟裂、浆料颗粒团聚、面密度一致性不好等问题
分析解决浆料粘度变化的原因,要从粘结剂的本质及浆料分散程度上着手。
粘度升高:
*正极浆料在放置一段时间后粘度升高。其原因一(短时间放置)是浆料搅拌速度过快,粘结剂未充分溶解,放置一段时间后PVDF粉末充分溶解,粘度升高。通常来说,PVDF需要至少3个小时才能充分溶解,无论多快的搅拌速度都无法改变这一影响因素;
*原因之二(长时间放置)是浆料静置过程中,胶体由溶胶状态变为凝胶状态,此时如果对其进行慢速匀浆,其粘度可以恢复;
*原因之三是胶体与活物质、导电剂颗粒之间形成了一种特殊的结构,此状态是不可逆的,浆料粘度升高后无法恢复;
*负极浆料粘度升高主要是由粘结剂分子结构被破坏引起的,分子链断裂后被氧化后浆料粘度升高;
*如果物料被过度分散,颗粒粒径产生较大的降低,也会增加浆料的粘度。
粘度降低:
*正极浆料粘度降低。原因之一,粘结剂胶体发生了性状的变化。如浆料传输过程中受到强剪切力、粘结剂吸收水分发生质变、搅拌过程中导致结构发生变化、自身发生降解等;
*原因之二,搅拌分散不均匀导致浆料中固体物质大面积沉降;
*原因之三,搅拌过程中粘结剂受到设备和活物质的强剪切力和摩擦力,在高温情况下发生性状变化,造成粘度下降;
*负极浆料粘度降低。原因之一CMC中混有杂质,CMC中的杂质大多是难溶性高分子树脂,当CMC与钙、镁等混溶时,会降低其粘度;
*原因之二CMC是羟甲基纤维素钠,其主要是C/O的结合,键强很弱极易被剪切力破坏,当搅拌速度过快或时间太长时有可能破坏CMC的结构。CMC在负极浆料中起到增稠和稳定的作用,同时对原材料的分散起重要的作用,其结构一旦发生破坏,必然引起浆料沉降,粘度降低;
*原因之三是SBR粘结剂的破坏。在长时间搅拌下极易发生破乳,导致粘结性失效,浆料粘度降低。
果冻状及时高时低:
*水分。考虑活物质吸潮、搅拌过程水分控制不好,原材料吸收水分后或者搅拌环境湿度较高,导致PVDF吸收水分变成果冻状;
*浆料或材料的pH值。pH值越高,对水分的控制就要求更严格,尤其是NCA 、 NCM811等高镍材料的搅拌。
*浆料粘度忽高忽低,原因之一可能是浆料测试过程中未完全稳定下来,浆料粘度受温度的影响很大。尤其是被高速分散之后,浆料内部温度存在一定的温度梯度,取样不同粘度也不尽相同;
*原因之二是浆料的分散性差,活物质、粘结剂、导电剂没有良好的分散开,浆料就没有好的流动性,自然浆料粘度忽高忽低。


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