鋰電池漿料基本理論
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-01 18:45
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鋰離子電池的生產(chǎn)制造，是由一個個工藝步驟嚴密聯(lián)絡(luò)起來的過程。整體來說，鋰電池的生產(chǎn)包括極片制造工藝、電池組裝工藝以及最后的注液、預充、化成、老化工藝。在這三個階段的工藝中，每道工序又可分為數(shù)道關(guān)鍵工藝，每一步都會對電池最后的性能形成很大的影響。
在極片制造工藝階段，可細分為漿料制備、漿料涂覆、極片輥壓、極片分切、極片干燥五道工藝。在電池組裝工藝，又根據(jù)電池規(guī)格型號的不同，大致分為卷繞、入殼、焊接等工藝。在最后的注液階段又包括注液、排氣、封口、預充、化成、老化等各個工藝。極片制造工序是整個鋰電池制造的核心內(nèi)容，關(guān)系著電池電化學性能的好壞，而其中漿料的優(yōu)劣又顯得尤為重要。
鋰離子電池電極漿料是流體的一種，通常流體可以分為牛頓流體和非牛頓流體。其中，非牛頓流體又可分為脹塑性流體、依時性非牛頓流體、假塑性流體和賓漢塑性流體等幾種。牛頓流體是指在受力后極易變形，且切應(yīng)力與變形速率成正比的低粘性流體。任一點上的剪應(yīng)力都同剪切變形速率呈線性函數(shù)關(guān)系的流體。自然界中許多流體是牛頓流體。水、酒精等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體。
非牛頓流體，是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產(chǎn)和大自然之中。高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。絕大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。
電極漿料是一種是由多種不同比重、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。鋰電池漿料又可分為正極漿料和負極漿料兩種，由于漿料體系（油性、水性）不同，其性質(zhì)必千差萬別。但是，判斷漿料的性質(zhì)無非以下幾個參數(shù)：
1.漿料的粘度
粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動力對其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示。液體在流動時，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用來表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。粘度又分為動力黏度和條件粘度。
粘度的定義為一對平行板，面積為A，相距dr，板間充以某液體。今對上板施加一推力F，使其產(chǎn)生一速度變化du。由于液體的粘性將此力層層傳遞，各層液體也相應(yīng)運動，形成一速度梯度du/dr，稱剪切速率，以r′表示。F/A稱為剪切應(yīng)力，以τ表示。剪切速率與剪切應(yīng)力間具有如下關(guān)系：
(F/A)=η(du/dr)
牛頓流體符合牛頓公式，粘度只與溫度有關(guān)，與切變速率無關(guān)，τ與D為正比關(guān)系。
非牛頓流體不符合牛頓公式τ/D=f(D)，以ηa表示一定(τ/D)下的粘度，稱表觀粘度。非牛頓液體的粘度除了與溫度有關(guān)外，還與剪切速率、時間有關(guān)，并有剪切變稀或剪切變稠的變化。
2.漿料性質(zhì)
漿料是一種非牛頓流體，是固液混合流體，為了滿足后續(xù)涂布工藝的要求，漿料需要具有以下三個特性：
?、俸玫牧鲃有?。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。流動性與漿料的固含量和粘度有關(guān)，
②流平性。漿料的流平性影響的是涂布的平整度和均勻度。
③流變性。流變性是指漿料在流動中的形變特征，其性質(zhì)好壞影響著極片質(zhì)量的優(yōu)劣。
3.漿料分散基礎(chǔ)
鋰離子電池的電極制造，正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成；負極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負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。鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個過程。漿料的制備一般會經(jīng)過以下幾個階段：
?、俑煞刍旌?。顆粒之間以點點、點面、點線形式接觸，
?、诎敫赡酄钅蠛想A段。此階段在干粉混合均勻之后，加入粘結(jié)劑液體或溶劑，原材料被潤濕、呈泥狀。經(jīng)過攪拌機的強力攪拌，物料受到機械力的剪切和摩擦，同時顆粒之間也會有內(nèi)摩擦，在各個作用力下，原料顆粒之間趨于高度分散。此階段對于成品漿料的粒度和粘度有至關(guān)重要的影響。
?、巯♂尫稚㈦A段。捏合完成之后，緩慢加入溶劑調(diào)節(jié)漿料粘度和固含量。此階段分散與團聚共存，并最后達到穩(wěn)定。在這個階段物料的分散主要受機械力、粉液間摩擦阻力、高速分散剪切力、漿料與容器壁撞擊相互作用力的影響。
在極片制造工藝階段，可細分為漿料制備、漿料涂覆、極片輥壓、極片分切、極片干燥五道工藝。在電池組裝工藝，又根據(jù)電池規(guī)格型號的不同，大致分為卷繞、入殼、焊接等工藝。在最后的注液階段又包括注液、排氣、封口、預充、化成、老化等各個工藝。極片制造工序是整個鋰電池制造的核心內(nèi)容，關(guān)系著電池電化學性能的好壞，而其中漿料的優(yōu)劣又顯得尤為重要。
鋰離子電池電極漿料是流體的一種，通常流體可以分為牛頓流體和非牛頓流體。其中，非牛頓流體又可分為脹塑性流體、依時性非牛頓流體、假塑性流體和賓漢塑性流體等幾種。牛頓流體是指在受力后極易變形，且切應(yīng)力與變形速率成正比的低粘性流體。任一點上的剪應(yīng)力都同剪切變形速率呈線性函數(shù)關(guān)系的流體。自然界中許多流體是牛頓流體。水、酒精等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體。
非牛頓流體，是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產(chǎn)和大自然之中。高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。絕大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。
電極漿料是一種是由多種不同比重、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。鋰電池漿料又可分為正極漿料和負極漿料兩種，由于漿料體系（油性、水性）不同，其性質(zhì)必千差萬別。但是，判斷漿料的性質(zhì)無非以下幾個參數(shù)：
1.漿料的粘度
粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動力對其內(nèi)部摩擦現(xiàn)象的一種表示。液體在流動時，在其分子間產(chǎn)生內(nèi)摩擦的性質(zhì)，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用來表征液體性質(zhì)相關(guān)的阻力因子。粘度又分為動力黏度和條件粘度。
粘度的定義為一對平行板，面積為A，相距dr，板間充以某液體。今對上板施加一推力F，使其產(chǎn)生一速度變化du。由于液體的粘性將此力層層傳遞，各層液體也相應(yīng)運動，形成一速度梯度du/dr，稱剪切速率，以r′表示。F/A稱為剪切應(yīng)力，以τ表示。剪切速率與剪切應(yīng)力間具有如下關(guān)系：
(F/A)=η(du/dr)
牛頓流體符合牛頓公式，粘度只與溫度有關(guān)，與切變速率無關(guān)，τ與D為正比關(guān)系。
非牛頓流體不符合牛頓公式τ/D=f(D)，以ηa表示一定(τ/D)下的粘度，稱表觀粘度。非牛頓液體的粘度除了與溫度有關(guān)外，還與剪切速率、時間有關(guān)，并有剪切變稀或剪切變稠的變化。
2.漿料性質(zhì)
漿料是一種非牛頓流體，是固液混合流體，為了滿足后續(xù)涂布工藝的要求，漿料需要具有以下三個特性：
?、俸玫牧鲃有?。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。流動性與漿料的固含量和粘度有關(guān)，
②流平性。漿料的流平性影響的是涂布的平整度和均勻度。
③流變性。流變性是指漿料在流動中的形變特征，其性質(zhì)好壞影響著極片質(zhì)量的優(yōu)劣。
3.漿料分散基礎(chǔ)
鋰離子電池的電極制造，正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成；負極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負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。鋰離子電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個過程。漿料的制備一般會經(jīng)過以下幾個階段：
?、俑煞刍旌?。顆粒之間以點點、點面、點線形式接觸，
?、诎敫赡酄钅蠛想A段。此階段在干粉混合均勻之后，加入粘結(jié)劑液體或溶劑，原材料被潤濕、呈泥狀。經(jīng)過攪拌機的強力攪拌，物料受到機械力的剪切和摩擦，同時顆粒之間也會有內(nèi)摩擦，在各個作用力下，原料顆粒之間趨于高度分散。此階段對于成品漿料的粒度和粘度有至關(guān)重要的影響。
?、巯♂尫稚㈦A段。捏合完成之后，緩慢加入溶劑調(diào)節(jié)漿料粘度和固含量。此階段分散與團聚共存，并最后達到穩(wěn)定。在這個階段物料的分散主要受機械力、粉液間摩擦阻力、高速分散剪切力、漿料與容器壁撞擊相互作用力的影響。
