锂电池正负极浆料在线粘度计浆料粘度分析仪

对于锂离子电池生产来说,涂布是电池生产的一道关键工序,直接影响电极及电池质量,所以对电池浆料的控制相当重要。浆料属于非牛顿流体粘度反映了非牛顿流体的基本特征。锂离子电池正负极浆料粘度低了就涂不了布,涂布决定电池质量(涂布是将正负极浆料涂布在铜铝箔上经过烘干制成制作电池的极片),电极的质量水平就决定了电池的性能。因此,非牛顿流体粘度测定的控制具有重要的意义。锂离子电池的电极制造,正极浆料由粘合剂、导电剂、正极材料等组成;负极浆料则由粘合剂、石墨碳粉等组成。正、负极浆料的制备都包括了液体与液体、液体与固体物料之间的相互混合、溶解、分散等一系列工艺过程,而且在这个过程中都伴随着温度、粘度、环境等变化。在正、负极浆料中,颗粒状活性物质的分散性和均匀性直接响到锂离子在电池两极间的运动,因此在锂离子电池生产中各极片材料的浆料的混合分散至关重要,浆料分散质量的好坏,直接影响到后续锂离子电池生产的质量及其产品的性能。

电极浆料由多种不同比重,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。为了满足后续涂布工艺要求,浆料需要有以下三个特性:

好的流动性:流动性可以通过搅动浆料,让其自然流下,观察其连续性。连续性好,不断断续续则说明流动性好。

流平性:浆料的流平性影响的是涂布的平整度和均匀度。

流变性:流变性是指浆料在流动中的形变特性,其性质好坏影响极片质量的优劣。

电极浆料需要具有稳定且恰当的粘度,其对极片涂布工序具有至关重要的影响。对于电池浆料粘度范围:2000-10000mPa.s,因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;粘度过低也是不好的,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,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。

粘度是锂离子电池浆料的重要特性,当浆料粘度过高时由于设备的限制会造成涂布困难,并影响涂布速度,适当的降低粘度能够利于设备操作,从而有助于提高涂布速度,同时较低的粘度也能够帮助浆料脱除气泡,但是粘度过低会导致电极的涂布量不均匀的现象加剧。

但是确定浆料最合适的粘度并不是一件简单的工作,因为浆料的粘度于剪切速度之间有着密切的关系,因此不同的涂布速度会产生不同的粘度,Bitsch等人研究显示如果增加浆料在低剪切速度下的粘度,可以使得电极的边缘变得更加锐利,从而有效的减少电极边缘的浪费。

浆料作为涂布工序的来料,其特性直接影响涂布质量。通过浆料构成我们可以知道浆料属于固液两相流体。生产上对浆料质量控制点主要有粘度、固含量、密度、细度和PH值。浆料的均匀一致性对于涂布工艺环节至关重要,检验浆料均匀一致性可通过检测不同区域浆料的质量控制点获取。浆料基本物性与涂布之关系:实际工艺过程中,浆料的粘度对涂布效果有一定影响,电极原材料,浆料配比比例,选取粘结剂种类不同时所制备的浆料粘度也不同。浆料粘度太高时,涂布往往无法连续稳定的进行,涂布效果也受到影响涂布液的均匀性、稳定性、边缘和表面效应受到涂布液的流变特性影响,从而直接决定涂层的质量。

由于浆料粘度受温度、搅拌速度、沉降时间等有关,根据牛顿流体与非牛顿流体定义,我们把浆料归为非牛顿流体。浆料在搅拌相对均匀后,随着搅拌时间的增加,浆料粘度逐渐降低,最后趋于一个稳定值。根据相关文献,锂离子电池浆料在配比、均质状态下,存在随着剪切率增加粘度减小的显现,即剪切稀释现象。综上,我们将锂离子电池浆料归结为有剪切稀释现象的非牛顿流体。由于浆料根据材料不同、配比不同、匀浆情况不同,在不同条件下,浆料的流体特性存在着变化。

密度ρ:锂电池浆料密度一般在1400~2000kg/m³

粘度μ:锂电池浆料根据不同工艺条件粘度一般控制在1~10Pa·s


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