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實驗室流變儀在鋰離子電池領域的應用
閱讀：2207 發(fā)布時間：2021-7-26
實驗室流變儀即用于測定聚合物熔體、聚合物溶液、懸浮液、乳液、涂料、油墨和食品等流變性質(zhì)的儀器。分為旋轉流變儀、毛細管流變儀、轉矩流變儀和界面流變儀。流變儀是觀察高分子材料內(nèi)部結構的窗口，通過高分子材料，諸如塑料、橡膠、樹脂中不同尺度分子鏈的響應，可以表征高分子材料的分子量和分子量分布，能快速、簡便、有效地進行原材料、中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制。
在鋰離子電池領域，目前絕大多數(shù)的研究都集中在活性材料上，如材料的晶格結構、合成過程、摻雜、表面包覆和電化學性能。然而，很多報道也顯示，電池的性能更多地受到其他因素的影響，如碳導電劑、粘結劑、集流體，除此之外，還包括電極的加工過程。鋰離子電池的電極加工過程是將含有活性材料和多種非活性物質(zhì)混合的漿料涂覆在金屬集流體上，而漿料的流變特性等制程因素對電池的Z終性能產(chǎn)生了決定性影響。
鋰離子電池的漿料是非牛頓型高粘度流體，而生產(chǎn)過程中對漿料涂布的加工精度(如厚度和密度分布的一致性)要求非常高。在傳統(tǒng)陶瓷漿料工藝中漿料粘度低時，具有較好的流動性以便澆注時填充模具以及排除氣泡，但粘度過低則漿料的穩(wěn)定性變差，在澆注與固結過程中顆粒下沉而出現(xiàn)分層現(xiàn)象，Z終導致成型后的坯體密度不均。
而在鋰離子電池中需要添加各種導電劑和粘結劑以形成導電網(wǎng)絡，然而顆粒的聚集在漿料中產(chǎn)生了不均勻性。這種不均勻性會在復合電極中產(chǎn)生裂紋和空隙，使電子通路出現(xiàn)中斷，進而影響電池性能。因此，制作分散均勻的、穩(wěn)定的漿料成為Z為重要的條件。
但是鋰離子電池漿料基本都呈現(xiàn)黑色不透明粘性流體或膠體狀態(tài)，無法用裸眼看到分散均勻程度，而不同分散狀態(tài)的漿料有著不同的粘度趨勢。因此，流變特性是分析鋰離子電池漿料分散狀態(tài)的重要手段。
流變儀可在接近真實加工條件下，對樣品在力、熱作用下的行為進行研究，如樣品的流動特性、加工過程中的結構變化、降解及混合質(zhì)量等性質(zhì)。而鋰離子電池的漿料流動特性與漿料的固含量、攪拌工藝和加料順序等都有很大的關系。另外，漿料的粘度和沉降穩(wěn)定性也會對后續(xù)的涂布過程產(chǎn)生影響。