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流变仪在锂离子电池浆料中的应用

点击次数:369 更新时间:2023-08-29

锂离子电池的浆料是非牛顿型高粘度流体,而生产过程中对浆料涂布的加工精度(如厚度和密度分布的一致性)要求非常高。在传统陶瓷浆料工艺中浆料粘度低时,具有较好的流动性以便浇注时填充模具以及排除气泡,但粘度过低则浆料的稳定性变差,在浇注与固结过程中颗粒下沉而出现分层现象,最终导致成型后的坯体密度不均。而在锂离子电池中需要添加各种导电剂和粘结剂以形成导电网络,然而颗粒的聚集在浆料中产生了不均匀性。这种不均匀性会在复合电极中产生裂纹和空隙,使电子通路出现中断,进而影响电池性能。因此,制作分散均匀的、稳定的浆料成为最为重要的条件。但是锂离子电池浆料基本都呈现黑色不透明粘性流体或胶体状态,无法用裸眼看到分散均匀程度,而不同分散状态的浆料有着不同的粘度趋势。因此,流变特性是分析锂离子电池浆料分散状态的重要手段。


上海保圣RH-30流变仪可在接近真实加工条件下,对样品在力、热作用下的行为进行研究,如样品的流动特性、加工过程中的结构变化、降解及混合质量等性质。而锂离子电池的浆料流动特性与浆料的固含量、搅拌工艺和加料顺序等都有很大的关系。经过流变仪测试可知,在体系相同的情况下,浆料的表观粘度基本与浆料的分散情况相关,浆料的分散程度越好,浆料的表观粘度越低。同时,动态粘弹性测试的结果中,储能模量的增大有助于提高浆料的稳定性,然而储能模量过大则影响浆料的流动性和涂布性能。制作分散均匀而稳定的浆料已成为提高锂离子电池性能的重要手段。


一、流变特性解析


1、粘度的定义


2、流体的分类(牛顿流体和非牛顿流体)


其中,我们最注重的几类分别为假塑性流体、宾汉流体及触变性流体。


3.测试仪器:RH-30流变仪


二、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*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。


三、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。

 

上海保圣RH-30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。


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