鋰電池正負(fù)極漿料在線粘度計(jì)漿料粘度分析儀

對于鋰離子電池生產(chǎn)來說,涂布是電池生產(chǎn)的一道關(guān)鍵工序,直接影響電極及電池質(zhì)量,所以對電池漿料的控制相當(dāng)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(fù)極漿料粘度低了就涂不了布,涂布決定電池質(zhì)量(涂布是將正負(fù)極漿料涂布在銅鋁箔上經(jīng)過烘干制成制作電池的極片),電極的質(zhì)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(dǎo)電劑、正極材料等組成;負(fù)極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負(fù)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(huán)境等變化。在正、負(fù)極漿料中,顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運(yùn)動,因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關(guān)重要,漿料分散質(zhì)量的好壞,直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)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(xù)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(xù)性。連續(xù)性好,不斷斷續(xù)續(xù)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(zhì)好壞影響極片質(zhì)量的優(yōu)劣。

電極漿料需要具有穩(wěn)定且恰當(dāng)?shù)恼扯龋鋵O片涂布工序具有至關(guān)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(diǎn),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(fā)生涂層龜裂、漿料顆粒團(tuán)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(dāng)漿料粘度過高時由于設(shè)備的限制會造成涂布困難,并影響涂布速度,適當(dāng)?shù)慕档驼扯饶軌蚶谠O(shè)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(dǎo)致電極的涂布量不均勻的現(xiàn)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?yàn)闈{料的粘度于剪切速度之間有著密切的關(guān)系,因此不同的涂布速度會產(chǎn)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(fèi)。

漿料作為涂布工序的來料,其特性直接影響涂布質(zhì)量。通過漿料構(gòu)成我們可以知道漿料屬于固液兩相流體。生產(chǎn)上對漿料質(zhì)量控制點(diǎn)主要有粘度、固含量、密度、細(xì)度和PH值。漿料的均勻一致性對于涂布工藝環(huán)節(jié)至關(guān)重要,檢驗(yàn)漿料均勻一致性可通過檢測不同區(qū)域漿料的質(zhì)量控制點(diǎn)獲取。漿料基本物性與涂布之關(guān)系:實(shí)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(jié)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(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行,涂布效果也受到影響涂布液的均勻性、穩(wěn)定性、邊緣和表面效應(yīng)受到涂布液的流變特性影響,從而直接決定涂層的質(zhì)量。

由于漿料粘度受溫度、攪拌速度、沉降時間等有關(guān),根據(jù)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(wěn)定值。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),鋰離子電池漿料在配比、均質(zhì)狀態(tài)下,存在隨著剪切率增加粘度減小的顯現(xiàn),即剪切稀釋現(xiàn)象。綜上,我們將鋰離子電池漿料歸結(jié)為有剪切稀釋現(xiàn)象的非牛頓流體。由于漿料根據(jù)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(jù)不同工藝條件粘度一般控制在1~10Pa·s


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