Fungilab粘度计在锂电池电解液粘度测量中的应用

 一、行业背景

    锂离子电池诞生于上世纪90年代初，它是在锂电池的基础上发展而来的。锂电池的负极材料是金属锂，正极材料是碳材，称这种电池为锂电池。而锂离子电池的正极材料是锂嵌入化合物，负极材料是碳材。为了区别于传统意义上的锂电池，人们称之为锂离子电池。

现状

    锂离子电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源，具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点，在手机、笔记本电脑、电动工具、数码相机等领域都得到了广泛应用，并显示出强劲的发展趋势。

    近年来，锂离子电池在军用及航空航天领域的应用逐渐增加，军事通信、鱼雷、潜艇、飞天、探月等领域锂离子电池的身影也随处可见。经过近20年的发展，全球锂离子电池市场已经由最初的日本企业独霸天下发展成中日韩三分天下的局面。日本主要锂离子电池企业包括三洋、松下、索尼、日立MAXELL等，2008年松下宣布并购三洋，目前在锂离子电池领域，三洋品牌已不复存在。韩国锂离子电池企业主要是三星SDI和LG化学两家公司。在我国，锂离子电池企业规模较小，企业众多，大概有200多家从事锂离子电池生产企业，前4大企业是天津力神、深圳比亚迪、东莞ATL。 

趋势及需求

    目前锂离子电池已独占手机和笔记本电脑市场，在电动工具、电动汽车（EV/PHEV/HEV）、储能等领域已成为最有竞争力的候选产品，电动汽车和储能成为锂离子电池未来最大的潜在市场。随着人类社会的进步和经济可持续发展进程的高速推进，高能环保的的绿色能源必将受到更大的发展。

二、影响锂离子电池搅拌浆料粘度测量的几个因素

    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，所以对于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，非牛顿流体粘度测定的研究具有重要的意义。为确保得到准确可靠的粘度数据，以便更加真实地反应锂离子电池搅拌浆料的特性，在此为您引入了来自西班牙Fungilab锂离子电池搅拌浆料粘度测量解决方案。

   对于锂离子电池生产来说，涂布是电池关键工序，直接影响电极及电池质量，对于涂布来说，控制搅拌浆料的粘度相当重要，粘度的参数主要是为操作人员有个标准，因为浆料的粘度直接影响涂布效果。

    一 粘度的定义

    液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用粘度表示，粘度又分为动力粘度与运动粘度。

    二 粘度的影响因素

    1）温度

    最有可能影响材料流变行为的其中一种因素为温度。一般来说，有的材料对于温度非常敏感，且对于黏度变化会出现相对较小的变异；有的材料则对于温度具有较小的敏感性。对于搅拌浆料，由于温度直接影响分子的扩散，从而影响粘度系数。因此，对于配料及搅拌车间，实施相应的温度控制是必须的。这是为保障浆料生产的可控性需要措施。一般车间规定为室温，即25±5℃，超出这个范围，粘度的控制标准需重新制定。

    2）测试状况

    材料在测量黏度时的状况对测量的结果会有影响，因此在作测试时，对于环境，需注意的情况有：（1）测试的参数，包括黏度计型号、转子/转速的组合、样品槽大小、有无脚架存在、样品温度、样品制备技术等等，所有参数不止会影响到测量的准确性，同时会影响你所测量材料的真实黏度。（2）样品的均匀度。若能提高样品的均匀度，则容易得到一致的结果，然而大部分的材料都有趋向分为非均匀层的性质，所以在做搅拌或摇晃样品时，小心不要太严重扰动样品。

    3）测试时间

    时间能明显地影响材料的摇变性质和流变性质，但是就算样品不受剪力影响，其黏度仍会随着时间而改变，因此在选择与准备样品进行黏度测量时，时间的效应是必须做考量的。此外，当样品在程序中产生化学反应时，材料的黏度也会有所变化，因此在反应某一段时间所做的黏度测量与另依时间所做的结果会有所不同。因此，对于电池生产来说，测试时间必有明确规定。为保障生产控制的一致性必须在相同的时间段控制浆料的测试。

    4）组成和添加物

    涉及到的电池材料较多，比如主材，导电材，NMP成分，PVDF等，材料的组成是影响黏度的一个重要参数。当组成改变后，不管是组成物质的比率或其它物质的添加，黏度都有可能改变。

三、锂离子电池搅拌浆料粘度测量解决方案

    对于锂离子电池生产来说，锂离子电池-制胜法宝在于材料，测量电解液，有机电解液的选择和优化是开发锂电池的关键技术。涂布，监控粘度以确保涂布均匀性，保证克密度。若粘度太低，则整批浆料都是废料，或者浆料已经发生沉淀，需要分散处理。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，所以对于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，非牛顿流体粘度测定的研究具有重要的意义。为确保得到准确可靠的粘度数据，以便更加真实地反应锂离子电池搅拌浆料的特性，在此为您引入了来自西班牙Fungilab锂离子电池搅拌浆料粘度测量解决方案。

    推荐方案：Fungilab公司V-Compact旋转粘度计

测量电解液粘度，可以采用Fungilab公司V-Compact旋转粘度计

Fungilab公司V-Compact旋转粘度计优势：

u  测量粘度和屈服应力的一体化工具

u  连续感应和显示的高级智能粘度计

u  世界上第一款没有内置屏幕的旋转粘度计, 蓝牙技术，8英寸全彩色触屏显示，可以移动设备联用,其参数和功能可在APP上设置实现,为现代科研人员提供良好的访问体验

u  加强型安全控制：自定义用户使用权限、日期和时间标记文件、

u  粘度计密码锁定功能、流变仪便携式登录设置

u  分析屈服应力、流变曲线（混合、泵送、喷涂）流平和恢复等

u  可单机编程：输入数据，指定温度，开始运行程序，在粘度计PAD上浏览结果

u  FDB软件实现用电脑对整个流变测试过程的控制

u  2600种转速， 1-320000000cp的粘度测量范围

u  可配备HELDAL高粘度适配器　

V-Compact旋转粘度计技术参数

   数据显示 

·         转速 ：r.p.m 或S-1

·         粘度：cP, P, mPa.s, Pa.s, cSt, St, mm2/s

·         满量程的百分比： %

·         样品温度： ℃ 或 OF

·         剪切速度（SR） ：S-1

·         剪切应力（SS）：N/m2，Pa，Dyne/m2

·         密度（需客户输入）：g/cm3 或Kg/m3

·         备注：剪切应力和剪切速率需要配套同轴转子L2C+L3C 的时候才能显示

粘度测量 

·         动力粘度(cp 或mPas)

·         运动粘度（cSt）（粘度测量之前，需要客户提前输入样品密度值）

程序测量

·         可使用和编辑多步程序测量模式；

·         可存储程序，便于以后快速调用；

·         可选择TTT（到达某扭矩停止测量）和TTS（到达某时间段停止测量）测量模式，多步测量和斜率测量。

数据储存 

·         所有测试数据将被储存在综合数据库之中；

·         可激活或取消质量检测线（QCL）报警和超量程报警；

·         用户可访问每个测量实验的程序参数。

客户自定义 

·         客户可创建测量转速（0.01 至250rpm）；

·         可激活或取消质量检测线（QCL）报警和超量程报警；

·         客户可自定义测量曲线上面的横纵坐标。

自检功能：粘度计自检功能，声光报警提醒
量程功能：选择好转子和转速组合之后，将自动计算该组合下的最大量程
平板电脑操控：通过8 英寸平板电脑访问可修改所有参数，在谷歌商店里可免费获取移动应用
语言：多国语言可选
QCL：选择和设置样品质量检测线
I.A.M.：数据测量和上传时间可调
图形模式：用实时图表显示实验数据
报告导出：试验结果会以PDF 和CSV 格式导出
校准：允许用户启用粘度和温度校准（此校准会被重置为出厂校准）
偏移：通过偏移调节温度
Heldal（仅V-COMPACT有）：螺旋粘度测量模式，适用于测量非牛顿流体样品
附件：小样品适配器（APM）和低粘度适配器（LCP）可选
PPR: 转子快速拆装装置

技术规格 

·         重复性：0.2％

·         精度：满量程的±1％

·         温度范围：-40℃ ~+300℃

·         温度分辨率：0.1℃

·         温度精度：±0.3℃

·         温度探头：PT100，A 级

·         所有转子均有AISI 316 不锈钢制成

·         电源：90-240VAC，50 / 60HZ

标准配置

8 英寸平板电脑（已安装好粘度测量APP），标准转子（L 型为4 个标准转子，R 和H 型为6 个标准转子），测量主机(L or R or H)，自动基座，转子保护套，转子支架，温度探头，电源线，校准证书，操作手册和手提箱。

V-COMPACT 粘度测量范围
 

* 粘度范围在0.1 至200RPM 下建议选择使用LCP 适配器；没有配套LCP 适配器测得的最低粘度为15CP
** 建议R-1 转子使用的转速为60rpm（更高的转速测量会不稳定）
*** 建议R-1 转子使用的转速为60rpm

根据粘度范围测量的分辨率
 

   现对V-Compact旋转粘度计的测量步骤介绍如下：

    1.检测粘度计水平放置，启动完成自检。

    2.选择L3转子（不知道样品粘度的情况下，可以选择一个转子测一下，根据具体的数值可以选择粘度范围更接近的转子，更好的保证精度）并安装。

    3.烧杯内盛放一定的待检测电解液，放置到粘度计底座上。

    4。设置好参数，带粘度计转子浸入待测样品中，点击运行按钮，Pad上会显示检测的结果。

四、总结

　  锂离子电池是新一代的电池桂冠，锂离子电池应用在各行各业，尤其是便携式电子产品的充电电池、电动工具及电动汽车等。作为有机电解液的选择和优化是开发锂电池的关键技术，电解液的粘度测量，是会影响锂离子电池品质的重要因素。Fungilab公司高精度智能提供了优质的锂离子电池电解液粘度测量的解决方案。