Brookfield博勒飞流变仪在电池浆料行业的流变应用

导读
电池行业是一个具有一定历史朝阳行业，从最初的干电池开始，历经了镍铁电池、铅酸电池等多代的发展，到如今的锂电池，无不向我们说明电池厚重的历史和蓬勃的潜力。
 
第一
背景
 
目前，不论是太阳能电池，还是锂离子蓄电池，其核心都是锂离子电池。而锂电池电极浆料制备是锂电池生产的第一道工序，也是最重要的环节。
 
锂电池的电极制造，包含了由粘合剂、导电剂、正极材料等组成的正极浆料，以及由粘合剂、石墨碳粉等组成的负极浆料。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。
 
电极浆料是一种高固含量的悬浮体系，即具有剪切变稀特性，又具有很强的触变性、屈服特性和粘弹特性，表现出复杂的非牛顿流体行为。然而对浆料流变特性重要性的认识到如今其实还有待提升，部分客户目前只是检测单一剪切速率下的粘度，无法全面表征浆料的流变特性以指导生产工艺。

 
第二
流变特性解析

 

2、流体的分类（牛顿流体和非牛顿流体）

其中，我们最为注重的几类分别为假塑性流体（下图绿线）、宾汉流体（下图黑线）及触变性流体。

 
第三
测试仪器：RST 系列触屏流变仪

 
第四
测试方法

电池浆料除单点粘度外，常用如下的测试方法：
1、剪切率变化（剪切率扫描，转速变化）测试（0-260 1/S），不同情况下使用的测试条件会有不同。
目的：电池浆料的涂布过程是高剪切速率过程，在高剪切速率范围下电池浆料的剪切粘度不能太高。因此，我们需要了解浆料在高剪切下是否能够达到理想的粘度状态（便于涂布，一般涂布印刷的喷嘴很小，粘度高容易堵住喷嘴），即便从喷嘴喷出，粘度高也不便于涂布。

 
2、触变性测试（0-260-0 1/S）
目的：在涂布后，浆料会在集流体上的重力和表面张力的作用下流平，在低剪切速率范围，希望粘度逐渐恢复到涂布之前的高粘度。在还没有完全恢复到高粘度之前，浆料的粘度还比较小，容易流平，涂层表面光滑厚度均匀。恢复的时间不能太长，也不能太短。恢复时间太长，浆料流平过程中粘度太小，容易出现拖尾或者下边缘的厚度比上面的涂层厚度高的现象；如果时间太短，则浆料又没有时间进行流平。

 
触变性结果（我们可以通过多次测试，得出一个理想的结果范围）。
 

3、“零”剪切测试
目的：由于浆料多数是金属分散体系（现在最为常见的就是银浆），确认浆料在静置（即储存条件下）情况下的粘度。

 
结论与分析
 
粘度是影响电池浆料品质的重要因素：
1、影响浆料的丝网印刷过程中的成膜及涂布性能；
2、影响浆料储存运输，持久稳定等性能。
 
流变仪在电池浆料行业有着重要的应用：
1、测试电池浆料粘度特性，确认电池浆料的流动性能；
2、通过“零”剪切粘度测试来评价电池浆料的储存及运输稳定性（还可以配合稳定仪一同表征样品的稳定性）；
3、测试电池浆料高剪切速率下粘度，评价其涂布性能及混合生产时的性能；
4、测试电池浆料触变性来评价其流平性能等。
 
银浆丝网印刷效果的好坏直接影响锂电池的性能，而丝网印刷效果的好坏又是由银浆的流变特性所决定的，因此电池浆料的流变性能是需要重点关注的物性参数。