流變儀在鋰離子電池中的應用

在鋰離子電池生產過程中，漿料的質量對極片的加工和電池的Z終電性能有著直接的影響。介紹了流變儀在鋰離子電池漿料研究中的常用概念，綜述了流變儀在鋰離子電池漿料的加工過程以及在原材料和添加劑等方面的應用研究進展，為制作分散均勻且穩定的漿料提供了參考。

鋰離子電池自1990年代商業化生產以來，憑借能量密度高，循環壽命好，自放電率低，無記憶效應等特點，近年來在電動汽車、儲能系統等領域得到了廣泛應用。

在鋰離子電池領域，目前絕大多數的研究都集中在活性材料上，如材料的晶格結構、合成過程、摻雜、表面包覆和電化學性能。然而，很多報道也顯示，電池的性能更多地受到其他因素的影響，如碳導電劑、粘結劑、集流體，除此之外，還包括電極的加工過程。鋰離子電池的電極加工過程是將含有活性材料和多種非活性物質混合的漿料涂覆在金屬集流體上，而漿料的流變特性等制程因素對電池的Z終性能產生了決定性影響。

鋰離子電池的漿料是非牛頓型高粘度流體，而生產過程中對漿料涂布的加工精度(如厚度和密度分布的一致性)要求非常高。在傳統陶瓷漿料工藝中漿料粘度低時，具有較好的流動性以便澆注時填充模具以及排除氣泡，但粘度過低則漿料的穩定性變差，在澆注與固結過程中顆粒下沉而出現分層現象，Z終導致成型后的坯體密度不均。

而在鋰離子電池中需要添加各種導電劑和粘結劑以形成導電網絡，然而顆粒的聚集在漿料中產生了不均勻性。這種不均勻性會在復合電極中產生裂紋和空隙，使電子通路出現中斷，進而影響電池性能。因此，制作分散均勻的、穩定的漿料成為Z為重要的條件。

但是鋰離子電池漿料基本都呈現黑色不透明粘性流體或膠體狀態，無法用裸眼看到分散均勻程度，而不同分散狀態的漿料有著不同的粘度趨勢。因此，流變特性是分析鋰離子電池漿料分散狀態的重要手段。

流變儀可在接近真實加工條件下，對樣品在力、熱作用下的行為進行研究，如樣品的流動特性、加工過程中的結構變化、降解及混合質量等性質。而鋰離子電池的漿料流動特性與漿料的固含量、攪拌工藝和加料順序等都有很大的關系。另外，漿料的粘度和沉降穩定性也會對后續的涂布過程產生影響。

本文綜述了流變儀在鋰離子電池漿料研究中的常用概念，綜述了流變儀在鋰離子電池漿料的加工過程，以及在原材料和添加劑等方面的應用研究進展。

流變儀的常用概念

根據漿料的表觀粘度與剪切速率的關系，常把漿料分成三種，分別是剪切稀化型、剪切稠化型和牛頓型流體。鋰離子電池生產中Z常見的漿料屬于剪切稀化型，即Casson型，表觀粘度隨剪切速率的增大而減小。漿料剪切稀化是由于漿體中存在著團聚的粒子。當漿料中的粒子較細時，易產生局部團聚。

粒子團聚程度與漿料的粘度相關。當漿料隨剪切作用流動時，團聚的粒子被剪切力打開，而剪切速率越大，團聚粒子的解離程度越大，從而使漿料的表觀粘度不斷降低，呈現出剪切稀化的現象。屈服應力也是流變儀上常見的指標，指物料出現流動跡象時所需要的Z小剪切應力。漿體中細顆粒通過絮凝作用形成具有一定抗剪強度的網絡結構是出現屈服應力的主導因素之一。

動態粘彈性測試也常用于表征漿料的絮凝程度和網絡結構的性質，常用的指標是儲能模量(G')和損耗模量(G'')對振蕩頻率的對數坐標圖。儲能模量(G')與絮凝塊內部結構的強度相關，而損耗模量(G'')則與動態的粘度相關。當G'>G''時，說明漿料是由膠態凝膠組成，顆粒單元直接相互連接成體積填充的網絡結構，固相的網絡結構沒有被徹底破壞，漿料流動性差。而G'

綜上所述，隨著鋰離子電池的電極的加工過程受到重視，能夠用于鋰離子電池漿料性質研究的流變儀在鋰離子電池生產過程及原材料的篩選中得到了廣泛應用。由于不同的研究者或企業制作的鋰離子電池選用的材料不同，使用的設備不同，生產工藝不同，對電池漿料的流變性能要求也不相同，因此漿料的流變性能僅能作為評價材料或者工藝的一個重要指標。

但是在體系相同的情況下，漿料的表觀粘度基本與漿料的分散情況相關，漿料的分散程度越好，漿料的表觀粘度越低。同時，動態粘彈性測試的結果中，G'的增大有助于提高漿料的穩定性，然而G'過大則影響漿料的流動性和涂布性能。制作分散均勻而穩定的漿料已成為提高鋰離子電池性能的重要手段。