浆料的稳定性和分散性表征

前述文章已分别介绍了浆料的稳定性表征方法和浆料的分散性表征方法,下面介绍既可以表征浆料的稳定性也能够表征浆料的分散性的方法。

1. 流变仪

1)黏弹性测试通过储能模量(G′)和损耗模量(G″)的相对值来表征浆料的黏弹性特征。储能模量G′又称为弹性模量,代表浆料发生可逆弹性形变时所储存的能力,是浆料弹性变形的度量。损耗模量G″又称为黏性模量,代表浆料发生不可逆变形时消耗的能量,是浆料黏性变形的度量。在频率扫描中,基于G′和G″的相对大小,并评估G′对角频率的灵敏度,能够反映出浆料是流体状态还是类固体状态的信息。并且在低频范围下,G′>G″且其差值越大,表明浆料的稳定性越好。如下图所示,天然(natural)石墨浆料的稳定性比合成(synthetic)石墨浆料的稳定性更好。

2) 黏度随剪切速率的变化浆料的黏度通常随剪切速率而变化。当存在剪切变稀行为时,浆料中存在容易被剪切应力破坏的软团聚物。相反,剪切增稠的存在通常表明浆料中有着硬聚集颗粒。一般来说,在不考虑粘结剂被剪切力破坏的前提下,黏度剪切变稀速度快些的浆料往往具有更好的分散性。如下图所示,空心圆点代表的浆料的分散性比其他两种浆料更好些。

3)屈服应力测试流变学中的屈服应力定义为施加的应力,在该应力下,首先在样品上观察到不可逆塑性变形。理论上,屈服应力是启动流动所需的最小应力。屈服分析对于所有复杂结构流体都很重要。它有助于更好地了解产品性能,如保质期和抗沉积或相分离的稳定性。有多种流变学方法可用于确定屈服应力,下图所示的是使用剪切流缓降法进行屈服应力分析。从测试结果可以看出,在中等剪切速率下,剪切应力随剪切速率降低而减小。但是,当剪切速率进一步降低时,应力曲线将达到稳定水平,且与速率无关。该稳定应力值被称为屈服点。同时,测得的“表观粘度”曲线变为无穷大,当斜率为 -1 时,与剪切速率呈直线关系。由于合成石墨具有较大的粒径和更不规则的粒形,因此浆料表现出较低的屈服应力和较薄弱的网状结构。因此,这种合成石墨浆料样品将更容易进行沉降和相分离。浆料沉降会导致活性物质在电极上分布不均匀,从而降低电池性能。

4)触变性在涂布后,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。

2. 浆料电阻仪

浆料电阻率参数与浆料的配方、导电剂种类及含量、粘结剂种类及含量等都有显著相关性,且浆料在搅拌完成后静置一段时间可能会出现凝胶沉降现象,此时电阻率数值也会表现出不同程度的变化,因此浆料电阻率可以作为表征浆料电性能均匀性和稳定性的方法。

来源:锂电芯动