锂离子电池浆料性能评价的GPS——流变特性

锂离子电池电极浆料是锂离子电池生产的第一道工序，也是最重要的环节。浆料必须具有良好的流动性和流平性，确保涂布工艺要求和极片涂覆厚度均匀度和平整度。另外，浆料还必须具有良好的抗沉降稳定性，假如浆料稳定性差，在后继的涂布过程中会发生分层，而且颗粒凝聚导致分散效果变差，则最后制得的电池性能（例如比容量和循环性能）将显著下降。

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。浆料的流动性、流平性和抗沉降稳定性都与浆料的流变特性密切相关，对提升涂布质量供应有力的参考数据。然而对浆料流变特性重要性的认识还有待升，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。

电池浆料的涂布过程是高剪切速率过程，在集流体上涂布后，浆料的流平过程又是低剪切速率过程。所以电池浆料在高剪切速率范围下剪切粘度不能太高，假如粘度过大，会造成涂布困难；在涂布后，浆料会在集流体上的重力和表面张力的用途下流平，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。假如时间太短，浆料没时间流平。

测试过程是，第一段：剪切速率是0.1S-1，持续时间是60s，模拟浆料在涂布前的剪切粘度；第二段，剪切速率100S-1，持续是60s，模拟涂布过程的高剪切速率过程，此时剪切粘度会急剧降低；第三段，姜切速率是0.1S-1，与第一段剪切速率保持一致，观察第三段的剪切粘度逐渐增大的过程。可以含义第三段剪切粘度恢复到第一段剪切粘度绝对值得90%时所需的时间为结构回复时间，用来表示粘度恢复的快慢。从图1可以看出，负极浆料的结构恢复时间为29s。从图2可以看出，正极浆料的回复时间为2094s，非常慢。

另外，影响悬浮体系流变性能的因素有颗粒大小、颗粒粒径分布、填充颗粒的体积含量，以及衡量体系内部颗粒带电荷量参数的zeta电位等。了解影响浆料性质的核心，才能对症下药，解决不良浆料的难题。