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π导语
锂电池电极浆料是电池的开头 ，也是最主要的环节。电极浆料涉及的内允许多 ，包括质料学、颗粒学、流体力学、物理学等多学科的内容。浆料质量的优劣 ，虽然只用粘度、固含量、粒度等参数体现 ，可是其影响因素却众多 ，这也是我迟迟不敢总结的缘故原由。着实 ，透过征象看实质 ，相识影响浆料性子的焦点 ，一定能有的放矢 ，解决不良浆料的难题。
锂离子电池的生产制造 ，是由一个个工艺办法严密联络起来的历程。整体来说 ，锂电池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、预充、化成、老化工艺。在这三个阶段的工艺中 ，每道工序又可分为数道要害工艺 ，每一步都会对电池最后的性能形成很大的影响。
在极片制造工艺阶段 ，可细分为浆料制备、浆料涂覆、极片辊压、极片分切、极片干燥五道工艺。在电池组装工艺 ，又凭证电池规格型号的差别 ，大致分为卷绕、入壳、焊接等工艺。在最后的注液阶段又包括注液、排气、封口、预充、化成、老化等各个工艺。极片制造工序是整个锂电池制造的焦点内容 ，关系着电池电化学性能的优劣 ，而其中浆料的优劣又显得尤为主要。
一、浆料基本理论
锂离子电池电极浆料是流体的一种 ，通常流体可以分为牛顿流体和非牛顿流体。其中 ，非牛顿流体又可分为胀塑性流体、依时性非牛顿流体、假塑性流体和宾汉塑性流体等几种。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。任一点上的剪应力都同剪切变形速率呈线性函数关系的流体。自然界中许多流体是牛顿流体。水、酒精等大大都纯液体、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。
非牛顿流体 ，是指不知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。非牛顿流体普遍保存于生涯、生产和大自然之中。高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等一样平常为非牛顿流体。绝大大都生物流体都属于现在所界说的非牛顿流体。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”都属于非牛顿流体。
电极浆料是一种是由多种差别比重、差别粒度的质料组成 ，又是固-液相混淆疏散 ，形成的浆料属于非牛顿流体。锂电池浆料又可分为正极浆料和负极浆料两种 ，由于浆料系统（油性、水性）差别 ，其性子必千差万别。可是 ，判断浆料的性子无非以下几个参数：
1.浆料的粘度
粘度是流体粘滞性的一种量度 ，是流体流动力对其内部摩擦征象的一种体现。液体在流动时 ，在其分子间爆发内摩擦的性子 ，称为液体的黏性 ，粘性的巨细用黏度体现 ，是用来表征液体性子相关的阻力因子。粘度又分为动力黏度和条件粘度。
粘度的界说为一对平行板 ，面积为A ，相距dr ，板间充以某液体。今对上板施加一推力F ，使其爆发一速率转变du。由于液体的粘性将此力层层转达 ，各层液体也响应运动 ，形成一速率梯度du/dr ，称剪切速率 ，以r′体现。F/A称为剪切应力 ，以τ体现。剪切速率与剪切应力间具有如下关系：
(F/A)=η(du/dr)
牛顿流体切合牛顿公式 ，粘度只与温度有关 ，与切变速率无关 ，τ与D为正比关系。
非牛顿流体不切合牛顿公式τ/D=f(D) ，以ηa体现一定(τ/D)下的粘度 ，称表观粘度。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转变。
2.浆料性子
浆料是一种非牛顿流体 ，是固液混淆流体 ，为了知足后续涂布工艺的要求 ，浆料需要具有以下三个特征：
①好的流动性。流动性可以通过搅动浆料 ，让其自然流下 ，视察其一连性。一连性好 ，一直断续续则说明流动性好。流动性与浆料的固含量和粘度有关 ，
②流平性。浆料的流平性影响的是涂布的平整度和匀称度。
③流变性。流变性是指浆料在流动中的形变特征 ，其性子优劣影响着极片质量的优劣。
3.浆料疏散基础
锂离子电池的电极制造 ，正极浆料由粘合剂、导电剂、正极质料等组成；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淆、消融、疏散等一系列工艺历程 ，并且在这个历程中都陪同着温度、粘度、情形等转变。锂离子电池浆料的混淆疏散历程可以分为宏观混淆历程和微观疏散历程 ，这两个历程始终都会陪同着锂离子电池浆料制备的整个历程。浆料的制备一样平常会经由以下几个阶段：
①干粉混淆。颗粒之间以点点、点面、点线形式接触 ，
②半干泥状捏合阶段。此阶段在干粉混淆匀称之后 ，加入粘结剂液体或溶剂 ，原质料被润湿、呈泥状。经由搅拌机的强力搅拌 ，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 ，质料颗粒之间趋于高度疏散。此阶段关于制品浆料的粒度和粘度有至关主要的影响。
③稀释疏散阶段。捏合完成之后 ，缓慢加入溶剂调理浆料粘度和固含量。此阶段疏散与团圆共存 ，并最后抵达稳固。在这个阶段物料的疏散主要受机械力、粉液间摩擦阻力、高速疏散剪切力、浆料与容器壁撞击相互作用力的影响。
二、影响浆料性子的参数剖析
合浆后的浆料需要具有较好的稳固性 ，这是电池生产历程中包管电池一致性的一个主要指标。随着合浆竣事 ，搅拌阻止 ，浆料会泛起沉降、絮凝聚并等征象 ，爆发大颗粒 ，这会对后续的涂布等工序造成较大的影响。表征浆料稳固性的主要参数有流动性、粘度、固含量、密度等。
1. 浆料的粘度
电极浆料需要具有稳固且适当的粘度 ，其对极片涂布工序具有至关主要的影响。粘度过高或过低都是倒运于极片涂布的 ，粘度高的浆料禁止易沉淀且疏散性会好一点 ，可是过高的粘度倒运于流平效果 ，倒运于涂布；粘度过低也是欠好的 ，粘度低时虽然浆料流动性好 ，但干燥难题 ，降低了涂布的干燥效率 ，还会爆发涂层龟裂、浆料颗粒团圆、面密度一致性欠好等问题。
在我们生产历程中经常泛起的问题是粘度泛起转变 ，而这里的“转变”又可分为：瞬时转变和静止转变。瞬时转变是指在粘度测试历程中心就泛起了强烈的转变 ，静止转变是指浆料静止安排一段时间后粘度泛起转变。粘度的转变或高或低 ，或时高时低。通常来说 ，影响浆料粘度的因素主要有搅拌浆料的转速、时间控制、配料顺序、情形温湿度等。因素许多 ，当我们遇见粘度转变时应该怎样剖析解决呢？浆料的粘度实质上 ，是由粘结剂决议性影响的。设想 ，没有粘结剂PVDF/CMC/SBR（如图2、3） ，或者粘结剂没有很好的将活物质组合起来 ，固体活物质会与导电剂组成具有匀称涂覆的非牛顿流体吗？不会！以是 ，剖析解决浆料粘度转变的缘故原由 ，要从粘结剂的实质及浆料疏散水平上着手。
（1）粘度升高
差别的浆料系统具有差别的粘度转变纪律 ，现在主流的浆料系统是正极浆料PVDF/NMP油性系统 ，负极浆料是石墨/CMC/SBR水性系统。
①正极浆料在安排一段时间后粘度升高。其缘故原由一（短时间安排）是浆料搅拌速度过快 ，粘结剂未充分消融 ，安排一段时间后PVDF粉末充分消融 ，粘度升高。通常来说 ，PVDF需要至少3个小时才华充分消融 ，无论多快的搅拌速率都无法改变这一影响因素 ，所谓“欲速则不达”。缘故原由之二（长时间安排）是浆料静置历程中 ，胶体由溶胶状态变为凝胶状态 ，此时若是对其举行慢速匀浆 ，其粘度可以恢复。缘故原由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。
②负极浆料粘度升高。负极浆料粘度升高主要是由粘结剂分子结构被破损引起的 ，分子链断裂后被氧化后浆料粘度升高。若是物料被太过疏散 ，颗粒粒径爆发较大的降低 ，也会增添浆料的粘度。
（2）粘度降低
①正极浆料粘度降低。缘故原由之一 ，粘结剂胶体爆发了性状的转变。转变的缘故原由多种多样 ，如浆料传输历程中受到强剪切力、粘结剂吸收水分爆发质变、搅拌历程中导致结构爆发转变、自身爆发降解等。缘故原由之二 ，搅拌疏散不匀称导致浆料中固体物质大面积沉降。缘故原由之三 ，搅拌历程中粘结剂受到装备和活物质的强剪切力和摩擦力 ，在高温情形下爆发性状转变 ，造成粘度下降。
②负极浆料粘度降低。缘故原由之一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。缘故原由之二CMC是羟甲基纤维素钠 ，其主要是C/O的团结 ，键强很弱极易被剪切力破损 ，当搅拌速度过快或时间太长时有可能破损CMC的结构。CMC在负极浆料中起到增稠和稳固的作用 ，同时对原质料的疏散起主要的作用 ，其结构一旦爆发破损 ，一定引起浆料沉降 ，粘度降低。缘故原由之三是SBR粘结剂的破损。在现实生产中通常选择CMC和SBR协同事情 ，此二者的作用各不相同。SBR主要起到粘结剂的作用 ，可是其在长时间搅拌下极易爆发破乳 ，导致粘结性失效 ，浆料粘度降低。
（3）特殊情形（果冻状实时高时低）
在正极浆料制备历程中有时间会泛起浆料酿成“果冻”的情形。这种情形的缘故原由主要有二：其一 ，水分。思量活物质吸潮、搅拌历程水分控制欠好 ，原质料吸收水分后或者搅拌情形湿度较高 ，导致PVDF吸收水分酿效果冻状。其二 ，浆料或质料的pH值。pH值越高 ，对水分的控制就要求更严酷 ，尤其是NCA 、 NCM811等高镍质料的搅拌。
浆料粘度忽高忽低 ，缘故原由之一可能是浆料测试历程中未完全稳固下来 ，浆料粘度受温度的影响很大。尤其是被高速疏散之后 ，浆料内部温度保存一定的温度梯度 ，取样差别粘度也不尽相同。缘故原由之二是浆料的疏散性差 ，活物质、粘结剂、导电剂没有优异的疏散开 ，浆料就没有好的流动性 ，自然浆料粘度忽高忽低。
2. 浆料的粒度
在合浆之后 ，需要对其粒度举行丈量 ，粒度丈量的要领通常接纳刮板法。粒度是表征浆料质量的一个主要参数 ，粒度巨细关于涂布工序、辊压工序以及电池性能有主要影响 ，理论上来说浆料粒度越小越好。当颗粒粒径过大时 ，浆料的稳固性会受到影响 ，泛起沉降、浆料一致性不良等。在挤压式涂布历程中会泛起堵料、极片干燥后麻点等情形 ，造成极片质量问题。在后续的辊压工序中 ，涂布不良处由于受力不均 ，极易造成极片断裂、局部微裂纹 ，这对电池的循环性能、倍率性能和清静性能造成了极大的危害。
正负极活物质、粘接剂、导电剂等主质料粒径巨细纷歧 ，密度差别 ，在搅拌历程中会泛起混淆、挤压、摩擦、团圆等多种差别的接触方法。在原质料被逐渐混匀、被溶剂润湿、大块物料破碎和逐渐趋于稳固这几个阶段中 ，会泛起物料混淆不匀、粘接剂消融不良、细颗粒严重团圆、粘接剂性状爆发转变等情形 ，就会导致大颗粒的爆发。
当我们弄明确颗粒泛起的缘故原由时就要有的放矢 ，解决这些问题。关于物料干粉混淆 ，小我私家以为搅拌机速率对干粉混淆水平影响不大 ，可是两者需要足够的时间来包管干粉的混匀。现在有的厂家选择粉状粘接剂有的选择液体消融好的粘接剂 ，两种差别的粘接剂决议了工艺的差别 ，接纳粉状粘结剂需要更长的时间来举行消融 ，不然在后期会泛起溶胀、回弹、粘度转变等。细颗粒之间的团圆不可阻止 ，可是我们要包管物料之间有足够大的摩擦力 ，能够促使团圆颗粒泛起挤压、破碎 ，利于混淆。这就需要我们控制好浆料差别阶段的固含量 ，太低的固含量会影响颗粒之间的摩擦疏散。
3. 浆料的固含量
浆料的固含量和浆料稳固性息息相关 ，同种工艺与配方 ，浆料固含量越高 ，粘度越大 ，反之亦然。在一定规模内 ，粘度越高 ，浆料稳固性越高。我们设计电池时 ，一样平常从电池容量反推卷芯厚度再到极片的设计 ，那么极片设计仅仅与面密度、活物质密度、厚度等参数有关。极片的参数是通过涂布机和辊压机对其举行调解的效果 ，浆料的固含量对其并无直接影响。那么 ，浆料固含量的崎岖是不是就无关紧要呢？
（1）固含量关于提高搅拌效率和涂布效率具有一定影响。固含量越高 ，浆料搅拌时间越短 ，所耗溶剂越少 ，涂布干燥效率越高 ，节约时间。
（2）固含量对装备有一定的要求。高固含量浆料对装备的消耗较高 ，由于固含量越高 ，装备磨损越严重。
（3）高固含量的浆料稳固性更高 ，部分浆料稳固性测试效果批注（如下图） ，通例搅拌的TSI(不稳固性指数)1.05要高于高粘度搅拌工艺TSI值0.75 ，以是高粘度搅拌工艺所获得的浆料稳固性要优于通例搅拌工艺。可是高固含量的浆料也会影响其流动性 ，很是挑战涂布工序的装备和手艺职员。
（4）高固含量的浆料可以镌汰涂层间厚度 ，降低电池内阻。
4. 浆料密度
浆料的密度是反应浆料一致性的主要参数 ，通过测试差别位置的浆料密度可以验证浆料的疏散效果。在这就未几赘述 ，通过以上的总结 ，相信各人制备出优异的电极浆料。
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