鋰離子電池重要由正極、負(fù)極、電解液等組分構(gòu)成，其中電極則重要由活性物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和集流體等部分構(gòu)成。目前常規(guī)的電極生產(chǎn)工藝為濕法生產(chǎn)工藝，一般是首先將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等組分均勻的混合，然后添加PVDF等膠液并充分分散后涂布到集流體上，然后進行烘干、碾壓和分切就可以用于電芯的卷繞。其中漿料的特性關(guān)于后續(xù)的電極生產(chǎn)、電池性能都有顯著的影響，因此如何獲得性能良好的漿料就關(guān)于鋰離子電池的生產(chǎn)至關(guān)重要。

如何獲得好的漿料？

目前常見的勻漿工藝重要有三類：1）剪切力混合；2）球磨混合；3）超聲混合。其中剪切力混合的方式有很多形式，例如最為常見的行星式攪拌機、渦輪式攪拌器。高能球磨可能會損壞粘結(jié)劑的分子結(jié)構(gòu)，因此通常認(rèn)為高能球磨更加適合活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑的干混。超聲混合能夠在較低的能量輸入下實現(xiàn)良好的混合，因此更加適合碳納米管等高性能導(dǎo)電劑的分散，但是超聲分散在提高功率的同時會產(chǎn)生嚴(yán)重的氣泡問題，因此在難以放大尺寸。

團聚、針孔、金屬顆粒污染和涂布量不均勻等是狹縫擠壓式涂布常見的缺陷，這些缺陷通常是因為漿料混合不充分、脫泡不充分和設(shè)備故障等原因造成，研究表明團聚和針孔缺陷會造成電池循環(huán)過程中庫倫效率的降低，針孔、金屬雜質(zhì)和涂布量不均勻會造成倍率性能變差，因此如何獲得性能良好的漿料關(guān)于鋰離子電池的生產(chǎn)有著至關(guān)重要的影響。

要獲得性能良好的漿料就要首先了解漿料的特性，鋰離子電池漿料的關(guān)鍵特性重要由兩個：1）穩(wěn)定性；2）工藝性。

1.穩(wěn)定性

漿料的穩(wěn)定性重要指的是抗團聚特性和抗沉淀特性，漿料團聚重要是受到漿料中活性物質(zhì)顆粒之間微弱的范德華力作用，在一些極少數(shù)情況下，由于漿料顆粒表面帶有靜電，會相互吸引，引起嚴(yán)重的團聚。特別是在水系漿料中，由于更強的氫鍵和靜電作用力會使得漿料更容易發(fā)生團聚，因此水系漿料中通常會添加一些分散劑，在漿料內(nèi)形成靜電屏障，防止?jié){料發(fā)生團聚。同時水系漿料還面對與集流體之間浸潤性差，正極水系漿料侵蝕Al箔等問題。雖然水系漿料存在一系列的問題，但是由于水系漿料不需進行溶劑回收，因此能夠降低設(shè)備投資和運行成本，因此水系漿料仍然被廣泛的應(yīng)用，特別是目前石墨負(fù)極基本上都采用了水系漿料體系，正極水系漿料體系的應(yīng)用也在持續(xù)推進。

抗沉降也是鋰離子電池漿料的重要特性，通常來說假如不考慮顆粒表面的電荷，顆粒重要受到兩種作用力，布朗力FB和重力Fg，這兩種力可以通過下式進行計算，其中重力是造成漿料沉降的重要原因。

2.工藝性

狹縫擠壓式涂布是在壓力的作用下將漿料從狹縫中擠壓出來，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更高的涂布速度，從而提升生產(chǎn)效率，因此理想的漿料特性應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)高速涂布。

1.如何提升漿料穩(wěn)定性

空間位阻是減少顆粒團聚和防止?jié){料沉降的有效方式，通?？梢酝ㄟ^在活性物質(zhì)顆粒的表面吸附一層有機物（例如粘結(jié)劑分子）方式實現(xiàn)，研究表明粘結(jié)劑通常會在活性物質(zhì)顆粒表面形成一層32nm左右的吸附層，在炭黑導(dǎo)電劑的表面形成一層9.5nm左右的吸附層，但是過量的粘結(jié)劑會造成電池內(nèi)阻的新增，并使得漿料的固含量下降，因此不能簡單的通過新增粘結(jié)劑含量的方式提升漿料的抗沉降能力，可以通過調(diào)整粘結(jié)劑分子量、粘結(jié)劑與活性物質(zhì)之間的鍵和強度，以及粘結(jié)劑分子鏈結(jié)構(gòu)等措施，在不新增粘結(jié)劑的含量的同時提升漿料的抗沉降能力。此外實際生產(chǎn)中新增漿料粘度也是提升漿料抗沉降能力的有效方式之一，但是高粘度也會導(dǎo)致漿料的涂布工藝特性下降。關(guān)于水系漿料眾多研究認(rèn)為不應(yīng)該使用空間位阻的方式提高漿料的抗沉降能力，而應(yīng)通過新增分散助劑的方式在漿料內(nèi)形成靜電屏障，從而提升漿料的穩(wěn)定性。

2.如何改善漿料涂布特性

1）粘度

粘度是鋰離子電池漿料的重要特性，當(dāng)漿料粘度過高時由于設(shè)備的限制會造成涂布困難，并影響涂布速度，適當(dāng)?shù)慕档驼扯饶軌蚶谠O(shè)備操作，從而有助于提高涂布速度，同時較低的粘度也能夠幫助漿料脫除氣泡，但是粘度過低會導(dǎo)致電極的涂布量不均勻的現(xiàn)象加劇。

但是確定漿料最合適的粘度并不是一件簡單的工作，因為漿料的粘度于剪切速度之間有著密切的關(guān)系，因此不同的涂布速度會產(chǎn)生不同的粘度，Bitsch等人研究顯示假如新增漿料在低剪切速度下的粘度，可以使得電極的邊緣變得更加銳利，從而有效的減少電極邊緣的浪費。

2）屈服應(yīng)力

漿料的另一個重要特性是屈服應(yīng)力σ0，也就是能夠讓漿料流動的最小應(yīng)力，σ0是漿料的微觀結(jié)構(gòu)的凝聚力的函數(shù)，一旦漿料中的微觀結(jié)構(gòu)被破壞，漿料將開始流動。但是目前關(guān)于如何測量σ0還存在爭議，其中一種方法是根據(jù)漿料的低剪切速度粘度曲線獲得σ0，此外也有部分學(xué)者將應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)代入到模型之中得到σ0。雖然測量σ0的方法目前還存在爭議，但是目前普遍認(rèn)為σ0在1-50Pa范圍內(nèi)能夠有效的幫助漿料減少沉降，并且對漿料的泵送和涂布的影響最小。

3）粘彈性

粘彈性雖然提及較少，但是仍然是鋰離子電池漿料的一個重要參數(shù)，粘彈性指的是漿料粘性與彈性之間的關(guān)系，簡單的說就是表征漿料是更像液體，還是更像固體。漿料的粘彈性特征可以通過小振幅的震動剪切進行測量，例如振幅掃描和頻率掃描等方法都能夠測量漿料的粘彈性。

在振幅掃描時，假如應(yīng)變比較小，存儲模量G’將保持恒定，表明此時漿料的微觀結(jié)構(gòu)沒有被破壞，因此這一范圍稱作線性粘彈性區(qū)間，此時的的儲存模量也稱為平衡儲存模量G0’，可以用來表征漿料微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隨著應(yīng)變的增大，當(dāng)G’從G0’下降5-10%時，表明此時漿料中的微觀結(jié)構(gòu)開始被破壞，此時的應(yīng)變則成為臨界應(yīng)變γc（如上圖c所示）。

在更為常見的頻率掃描中，一般來說假如G’與頻率之間的關(guān)系越弱，則表明漿料的彈性越大，例如有研究曾經(jīng)比較過分散好的LFP漿料和凝膠化的LFP漿料，發(fā)現(xiàn)凝膠化的LFP漿料的G’與頻率之間的關(guān)系很弱，并且G’的數(shù)值也要更大。關(guān)于狹縫擠壓設(shè)備而言溫和的粘彈性特征有助于拓闊漿料的可用操作區(qū)間，有利于漿料的涂布性能的提升。

漿料的制備是鋰離子電池生產(chǎn)的第一步，高質(zhì)量的漿料關(guān)于鋰離子電池的后續(xù)生產(chǎn)和電性能都有非常重要的作用，但是如何制備出高性能的漿料并不是一項簡單的工作，如何更好的分散漿料中的各種成分，如何提高漿料的穩(wěn)定性，如何提升漿料的涂布性能、減少涂布曲線，這都要進行大量的研究和分析，不同的顆粒粒徑、顆粒形狀、粒度分布等都會對漿料的粘度和流變特性產(chǎn)生影響，進而影響電極的生產(chǎn)。

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Electrodemanufacturingforlithium-ionbatteries—Analysisofcurrentandnextgenerationprocessing,JournalofEnergyStorage25(2019)100862,W.BlakeHawley,JianlinLi