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測(cè)量電池漿料穩(wěn)定性的意義

鋰離子電池的生產(chǎn)制造步驟較為繁瑣，每一個(gè)工藝步驟都緊密相關(guān)，所以需要考慮整個(gè)工藝流程的連續(xù)性、穩(wěn)定性、一致性和可加工性等。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，鋰電池漿料的制備尤為關(guān)鍵，曾有日本專家說(shuō)過(guò)：電池成品質(zhì)量的70%由電池漿料的性質(zhì)覺(jué)得。確實(shí)，漿料質(zhì)量不僅影響電池性能，也是決定電池成本的關(guān)鍵因素。

正極漿料主要由粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、正極材料等組成；負(fù)極漿料主要由增稠劑、粘結(jié)劑、碳粉或其它負(fù)極材料等組成。正、負(fù)極漿料的制備均包括液體與液體、液體與固體物料、固體與固體顆粒之間的相互混合、溶解、摩擦、分散等工藝過(guò)程，而且這個(gè)過(guò)程中伴隨著溫度、粘度、粒度、粘度等參數(shù)的變化。鋰離子電池漿料的混合分散過(guò)程可以分為宏觀混合過(guò)程和微觀分散過(guò)程，這兩個(gè)過(guò)程始終伴隨著鋰離子電池漿料制備的整個(gè)過(guò)程。

鋰電池漿料的穩(wěn)定性是漿料性質(zhì)的重要指標(biāo)之一，穩(wěn)定性好壞代表漿料存放時(shí)間長(zhǎng)短，這可以為生產(chǎn)提供連續(xù)性保障，使用時(shí)輕松簡(jiǎn)便。穩(wěn)定性更影響著涂布效果，穩(wěn)定性好，極片的面密度始終保持穩(wěn)定，為電池容量、內(nèi)阻等性質(zhì)打下良好的基礎(chǔ)。穩(wěn)定性不好，極片涂布過(guò)程就很難保證極片的參數(shù)，造成不合格的產(chǎn)品會(huì)增多。

穩(wěn)定性的表征

如何提高漿料的穩(wěn)定性呢？下面列舉Turbiscan在電池漿料穩(wěn)定性測(cè)量中的應(yīng)用

1.利用Turbiscan測(cè)量固體粉末的分散度

分散性的定義是一種固體粒子在液體中被分散后達(dá)到最小粒度或所需粒度的能力?？梢酝ㄟ^(guò)下面的方程來(lái)計(jì)算均勻度。

理論粒徑dtheoritical對(duì)應(yīng)著zui高分散狀態(tài)下的粒徑。測(cè)量粒徑dmeasured對(duì)應(yīng)著不稀釋狀態(tài)下的團(tuán)粒徑（SMLS原理測(cè)定）。當(dāng)dr接近于0時(shí)，分散性較差，當(dāng)dr為時(shí)接近1時(shí)分散性較好。

分散度Dr可以應(yīng)用于漿料混合前期篩選原材料和分散工藝定制極端，為配置優(yōu)秀的漿料奠定基礎(chǔ)條件。

上圖為分散度Dr的應(yīng)用案例，展示了TiO₂粉體在不同機(jī)械力分散條件下在水中的分散度。分散度從差至好依次為，攪拌、超聲波水浴、均質(zhì)、超聲波破碎。

 2.利用Turbiscan測(cè)量漿料的分散均勻度

均勻度即漿料在空間分布上的一致性，顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重的樣品均勻度通常較差。均勻度的計(jì)算公式非常簡(jiǎn)單，即Turbiscan掃描樣品得到光強(qiáng)度曲線的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

均勻度是指漿料在空間分布上的一致性，顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重的漿料均勻度通常較差。均勻度的計(jì)算公式非常簡(jiǎn)單，即Turbiscan掃描樣品得到光強(qiáng)度曲線的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

 均勻性好的樣品，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，而均勻性差的樣品，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。

上圖為Turbiscan測(cè)量電池漿料均勻度的實(shí)際案例，展示了不同配方的漿料在相同分散工藝下的均勻度。RSD值越小的漿料均勻度越好。

 3.利用Turbiscan測(cè)量漿料的物理穩(wěn)定性

Turbican基于SMLS（靜態(tài)多重光散射）技術(shù)，能夠直接測(cè)量高濃度樣品的散射光強(qiáng)度，通過(guò)對(duì)漿料進(jìn)行持續(xù)的掃描，可以定量漿料的失穩(wěn)現(xiàn)象。

上圖為兩個(gè)水性正極漿料，在加入HPC前后的背散射光掃描數(shù)據(jù)，a沒(méi)有加入HPC，b加入0.7wt%HPC。從圖中可見(jiàn)，未加入HPC的樣品頂部區(qū)域掃描線出現(xiàn)明顯的波動(dòng)和不重合，這意味著樣品頂部區(qū)域的顆粒發(fā)生了明顯的聚結(jié)。相應(yīng)的，加入HPC后的樣品的掃描線基本重合，說(shuō)明顆粒沒(méi)有聚結(jié)過(guò)程。

上圖為這兩個(gè)漿料生產(chǎn)的電極表面的SEM掃描照片，可以發(fā)現(xiàn)未加入HPC漿料生產(chǎn)出的電極表面粗糙，并且有小裂紋出現(xiàn)。

總結(jié)

為了生產(chǎn)性能優(yōu)異品質(zhì)更高的電池，提高電池漿料的穩(wěn)定性是非常重要的，建議從原材料的粒度、比表面積、pH值、混料工藝、原材料配比等方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，改善漿料穩(wěn)定性，同時(shí)使用Turbiscan穩(wěn)定性穩(wěn)定性分析儀，表征分散度、分散均勻性、穩(wěn)定性等參數(shù)，評(píng)價(jià)不同階段的穩(wěn)定性。