Brookfield博勒飛流變儀在電池漿料行業的流變應用

導讀
電池行業是一個具有一定歷史朝陽行業，從干電池開始，歷經了鎳鐵電池、鉛酸電池等多代的發展，到如今的鋰電池，無不向我們說明電池厚重的歷史和蓬勃的潛力。
 

背景
 
目前，不論是太陽能電池，還是鋰離子蓄電池，其核心都是鋰離子電池。而鋰電池電極漿料制備是鋰電池生產的道工序，也是重要的環節。
 
鋰電池的電極制造，包含了由粘合劑、導電劑、正極材料等組成的正極漿料，以及由粘合劑、石墨碳粉等組成的負極漿料。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、環境等變化。
 
在正、負極漿料中，顆粒狀活性物質的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運動，因此在鋰離子電池生產中各極片材料的漿料的混合分散至關重要，漿料分散質量的好壞，直接影響到后續鋰離子電池生產的質量及其產品的性能。
 
電極漿料是一種高固含量的懸浮體系，即具有剪切變稀特性，又具有很強的觸變性、屈服特性和粘彈特性，表現出復雜的非牛頓流體行為。然而對漿料流變特性重要性的認識到如今其實還有待提升，部分客戶目前只是檢測單一剪切速率下的粘度，無法全面表征漿料的流變特性以指導生產工藝。

 

 
第二
流變特性解析
 

1、粘度的定義（如下）

2、流體的分類（牛頓流體和非牛頓流體）

其中，我們注重的幾類分別為假塑性流體（下圖綠線）、賓漢流體（下圖黑線）及觸變性流體。

上圖反映了樣品的觸變性
（即剪切變稀與時間相關性）

 
第三
測試儀器：RST 系列觸屏流變儀

 
第四
測試方法

電池漿料除單點粘度外，常用如下的測試方法：
1、剪切率變化（剪切率掃描，轉速變化）測試（0-260 1/S），不同情況下使用的測試條件會有不同。
目的：電池漿料的涂布過程是高剪切速率過程，在高剪切速率范圍下電池漿料的剪切粘度不能太高。因此，我們需要了解漿料在高剪切下是否能夠達到理想的粘度狀態（便于涂布，一般涂布印刷的噴嘴很小，粘度高容易堵住噴嘴），即便從噴嘴噴出，粘度高也不便于涂布。

 
2、觸變性測試（0-260-0 1/S）
目的：在涂布后，漿料會在集流體上的重力和表面張力的作用下流平，在低剪切速率范圍，希望粘度逐漸恢復到涂布之前的高粘度。在還沒有*恢復到高粘度之前，漿料的粘度還比較小，容易流平，涂層表面光滑厚度均勻。恢復的時間不能太長，也不能太短。恢復時間太長，漿料流平過程中粘度太小，容易出現拖尾或者下邊緣的厚度比上面的涂層厚度高的現象；如果時間太短，則漿料又沒有時間進行流平。

 
觸變性結果（我們可以通過多次測試，得出一個理想的結果范圍）。
 

3、“零”剪切測試
目的：由于漿料多數是金屬分散體系（現在常見的就是銀漿），確認漿料在靜置（即儲存條件下）情況下的粘度。

 
結論與分析
 
粘度是影響電池漿料品質的重要因素：
1、影響漿料的絲網印刷過程中的成膜及涂布性能；
2、影響漿料儲存運輸，持久穩定等性能。
 
流變儀在電池漿料行業有著重要的應用：
1、測試電池漿料粘度特性，確認電池漿料的流動性能；
2、通過“零”剪切粘度測試來評價電池漿料的儲存及運輸穩定性（還可以配合穩定儀一同表征樣品的穩定性）；
3、測試電池漿料高剪切速率下粘度，評價其涂布性能及混合生產時的性能；
4、測試電池漿料觸變性來評價其流平性能等。
 
銀漿絲網印刷效果的好壞直接影響鋰電池的性能，而絲網印刷效果的好壞又是由銀漿的流變特性所決定的，因此電池漿料的流變性能是需要重點關注的物性參數。