漿料制備是鋰電池生產(chǎn)的第一道工藝，混料工藝在鋰離子電池的整個(gè)生產(chǎn)工藝中對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)影響度大于30%，是整個(gè)生產(chǎn)工藝中最重要的環(huán)節(jié)。可是，究竟該如何評(píng)價(jià)漿料的好壞呢？就評(píng)估漿料品質(zhì)的檢測(cè)項(xiàng)目，簡單介紹并分享給大家，其中有很多檢測(cè)方法也沒有接觸過，不對(duì)之處請(qǐng)批評(píng)指正。

（1）固含量

固含量是指漿料各組分中，活物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等固體物質(zhì)在漿料整體質(zhì)量中的占比，其中所指固體也包括溶解在溶劑中的粘結(jié)劑等添加物。

簡單測(cè)量方法：取少許漿料，質(zhì)量W，在容器內(nèi)涂抹成薄膜，一定溫度下烘干溶劑，再稱量質(zhì)量w，則固含量N=w/W。

另外，可采用快速水分計(jì)測(cè)量，如AND的水分計(jì)，設(shè)備內(nèi)自帶稱量系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)，加樣之后，自動(dòng)稱量樣品，自動(dòng)干燥去除溶劑，然后自動(dòng)計(jì)算固含量或水分量。

快速測(cè)量水分計(jì)

在鋰電池漿料制備時(shí)，固含量一般不會(huì)特別控制，經(jīng)常根據(jù)涂布需求，攪拌最后階段通過調(diào)節(jié)溶劑加入量調(diào)整漿料粘度。測(cè)量固含量可以與投料理論固含量比較，評(píng)價(jià)投料稱量精度；從攪拌鍋內(nèi)不同位置取樣測(cè)量固含量可以表征漿料的均勻性；隨著時(shí)間推移取樣測(cè)量固含量可以表征漿料沉降穩(wěn)定性。

（2）密度

密度是指某一特定壓力和溫度下單位體積內(nèi)物質(zhì)的重量，電池漿料的密度在很大程度上取決于所用活物質(zhì)的密度，并與添加劑和溶劑的密度，以及配方中各組分的體積濃度有關(guān)，一般可以采用比重杯測(cè)量。

密度杯

（3）粘度/流變曲線

粘度是流體內(nèi)部阻礙其流動(dòng)的程度大小，其定義公式為：粘度=剪切應(yīng)力/剪切速率。

而剪切應(yīng)力τ是流體在剪切流動(dòng)中單位面積切線上受到的力，如圖所示，其定義式為：

其中，F(xiàn)為剪切力，A為剪切力作用面積。

流體剪切應(yīng)力示意圖

剪切速率是流體層間運(yùn)動(dòng)速度梯度，是流體運(yùn)動(dòng)快慢的表征，在剪切力作用下，流體沿x軸方向流動(dòng)，流層間的速度分布如圖3所示，則剪切速率γ為：

流體層間速度分布

最常見的是牛頓流體（如水、大部分有機(jī)溶劑等），其特點(diǎn)是：剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系呈直線正相關(guān)，在給定溫度下流體粘度與剪切速率無關(guān)。非牛頓流體的粘度受剪切速率的影響。假塑性（塑性）流體：粘度隨剪切速率的增加而降低（稱為剪切變稀）；膨脹性流體：粘度隨剪切速率的增加而升高（稱為剪切變稠）。

鋰電池漿料是剪切變稀的非牛頓流體，粘度隨剪切速率的增加而降低，因此，一般所說漿料的粘度都應(yīng)該限定剪切速率條件。實(shí)際影響涂布效果的粘度是在涂布工藝實(shí)際的剪切速率下的粘度值，一般涂布時(shí)剪切速率為1000~10000s-1。

流變曲線指的是材料粘度值與剪切速率或者剪切應(yīng)力的函數(shù)關(guān)系圖，漿料粘度或流變曲線一般采用粘度計(jì)、流變儀測(cè)量，粘度計(jì)設(shè)備簡單，測(cè)量簡便，而采用旋轉(zhuǎn)流變儀進(jìn)行測(cè)試時(shí)，因?yàn)槠淠軌蚋采w更大范圍內(nèi)的剪切速率和應(yīng)力，能夠獲得更全面的流動(dòng)曲線，測(cè)量結(jié)果也更加準(zhǔn)確。

流變儀

（4）細(xì)度（粒度）

鋰離子電池漿料是由電活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑等固體顆粒分散在粘結(jié)劑溶液形成的，涂布時(shí)活物質(zhì)和導(dǎo)電劑及其他固態(tài)成分應(yīng)該以微小的顆粒均勻分散在溶劑中，在形成的涂膜中不能有顆粒狀物體顯現(xiàn)出來。工業(yè)中常用細(xì)度這一指標(biāo)來檢測(cè)漿料中顆粒材料的分散程度。細(xì)度是電池漿料的重要性能指標(biāo)，它對(duì)形成的涂膜表面質(zhì)量、均勻性及漿料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性都有很大影響。顆粒細(xì)，分散程度好的漿料，其固體顆粒能很好地被潤濕，所制備涂層均勻、表面平整、不會(huì)出現(xiàn)豎直劃痕，而且在儲(chǔ)存過程中顆粒不易發(fā)生沉淀、結(jié)塊等現(xiàn)象，儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。而如果漿料中存在大團(tuán)聚體顆粒，一方面表明導(dǎo)電劑等添加物分布不均勻，所制備的涂層均勻性不好，必然電池一致性差。另外，在涂布過程中，大顆粒聚集在涂布刀輥狹縫或者擠壓涂布模頭出料狹縫，所制備涂層會(huì)出現(xiàn)豎條道缺陷。

目前基本都采用刮板細(xì)度計(jì)測(cè)細(xì)度。刮板細(xì)度計(jì)是一塊帶有從零到若干微米深的楔形溝槽的磨光平板，槽邊有刻度線標(biāo)明該處槽溝的深度。測(cè)量時(shí)將試樣滴人溝槽的最深部位,然后用一個(gè)兩刃均磨光的刮刀垂直接觸平板,以適宜的速度把漆拉過槽的整個(gè)長度,然后沿入射光30°角的方向觀察溝槽中顆粒均勻顯露的深度,以此厚度表示試樣的細(xì)度。（更多詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)閱讀鋰電漿料細(xì)度測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)）

刮板細(xì)度計(jì)

（5）膜阻抗

根據(jù)四探針膜阻抗測(cè)試原理，在鋰離子電池領(lǐng)域，常常采用此方法測(cè)試漿料膜阻抗，通過電阻率定量分析漿料中導(dǎo)電劑的分布狀態(tài)，從而判斷漿料分散效果的好壞。其測(cè)試過程為：用涂膜器將漿料均勻涂覆在絕緣膜上，然后將其加熱干燥，干燥之后測(cè)量涂層的厚度，裁切樣品，尺寸滿足無窮大要求（大于四倍探針間距），最后采用四探針測(cè)量電極膜阻抗，根據(jù)厚度計(jì)算電阻率。

四探針膜阻測(cè)試方法避免了探針與樣品的接觸電阻，而且測(cè)試電流方向平行與涂層也避免了基底分流。因此，該方法能夠準(zhǔn)確測(cè)量電池極片涂層的絕對(duì)電阻值。但是該方法只能表征涂層表面薄層的電阻，對(duì)于較厚且存在成分梯度的電池涂層無法全面表征極片電阻值，另外，它也不能測(cè)試真實(shí)極片中涂層與基材之間的接觸電阻。（更多詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)閱讀鋰電池極片電導(dǎo)率測(cè)試方法及其影響因素）

膜阻抗測(cè)試儀

（6）形貌和分布狀態(tài)：SEM/EDS/冷凍電鏡

掃描電鏡可以直接觀察漿料形貌，配合能譜分析各組分的分散程度，但是樣品制備過程中，漿料干燥時(shí)可能本身會(huì)發(fā)生成分再分布，而冷凍電鏡能夠保持漿料原始的分布狀態(tài)，近來也開始應(yīng)用于漿料性質(zhì)分析。如SanghyukLim等人采用冷凍電鏡法研究了粘結(jié)劑對(duì)鋰離子電池負(fù)極漿料流變特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響。

冷凍電鏡研究鋰離子電池負(fù)極漿料的微觀結(jié)構(gòu)

（7）表面張力/接觸角

旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀主要用于測(cè)量液-液之間的界面能，旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀主要由攝像頭、光源、測(cè)量窗口和毛細(xì)管(樣品管)組成(如圖所示),樣品管在馬達(dá)的帶動(dòng)下可以在不同的速度下旋轉(zhuǎn)。測(cè)量時(shí)，樣品管中裝滿高密度相,然后再在高密度相中注入一滴低密度相(液滴),樣品管在馬達(dá)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng),在離心力作用下液滴在樣品管的中心軸線上,并且被拉伸變形，在液滴的變化過程中,軟件控制系統(tǒng)一直追蹤液滴的形狀并擬合出其輪廓,同時(shí),自動(dòng)算出界面張力值。

界面張力測(cè)試原理圖

例如BorisBitsch等人研究了正辛醇作為添加劑對(duì)鋰電池漿料性質(zhì)的影響，并測(cè)定了相關(guān)的界面張力和接觸角（見示意圖）。他們測(cè)定，CMC溶液的表面張力為72.4mN/m,與水接近，而正辛醇表面張力為27.3mN/m,兩者之間的界面張力為10.6mN/m。CMC溶液在空氣中與石墨的接觸角為74°,而正辛醇與石墨接觸角為0°，石墨、CMC溶液和正辛醇三相接觸角為46°。因此，添加不同量的辛醇對(duì)電池漿料具有明顯的影響，如圖所示。

活物質(zhì)顆粒與粘結(jié)劑溶液潤濕示意圖

辛醇添加量對(duì)漿料性質(zhì)的影響

（8）ZETA電位

ZETA電位（Zetapotential）是指剪切面(ShearPlane)的電位，又叫電動(dòng)電位或電動(dòng)電勢(shì)（ζ-電位或ζ-電勢(shì)），是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，對(duì)顆粒之間相互排斥或吸引力的強(qiáng)度的度量。

分子或分散粒子越小，Zeta電位的絕對(duì)值（正或負(fù)）越高，體系越穩(wěn)定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta電位（正或負(fù)）越低，越傾向于凝結(jié)或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發(fā)生凝結(jié)或凝聚。