鋰電池電極漿料是電池的開頭，也是最重要的環節。電極漿料涉及的內容很多，包括材料學、顆粒學、流體力學、物理學等多學科的內容。漿料質量的好壞，雖然只用粘度、固含量、粒度等參數表示，但是其影響因素卻眾多，這也是我遲遲不敢總結的原因。其實，透過現象看本質，了解影響漿料性質的核心，必然能對癥下藥，解決不良漿料的難題。

鋰電池的生產制造，是由一個個工藝步驟嚴密聯絡起來的過程。整體來說，鋰電池的生產包括極片制造工藝、電池組裝工藝以及最后的注液、預充、化成、老化工藝。在這三個階段的工藝中，每道工序又可分為數道關鍵工藝，每一步都會對電池最后的性能形成很大的影響。

在極片制造工藝階段，可細分為漿料制備、漿料涂覆、極片輥壓、極片分切、極片干燥五道工藝。在電池組裝工藝，又根據電池規格型號的不同，大致分為卷繞、入殼、焊接等工藝。在最后的注液階段又包括注液、排氣、封口、預充、化成、老化等各個工藝。極片制造工序是整個鋰電池制造的核心內容，關系著電池電化學性能的好壞，而其中漿料的優劣又顯得尤為重要。

一、漿料基本理論

鋰電池電極漿料是流體的一種，通常流體可以分為牛頓流體和非牛頓流體。其中，非牛頓流體又可分為脹塑性流體、依時性非牛頓流體、假塑性流體和賓漢塑性流體等幾種。牛頓流體是指在受力后極易變形，且切應力和變形速率成正比的低粘性流體。任一點上的剪應力都同剪切變形速率呈線性函數關系的流體。自然界中許多流體是牛頓流體。水、酒精等大多數純液體、輕質油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體。

非牛頓流體，是指不滿足牛頓黏性實驗定律的流體，即其剪應力和剪切應變率之間不是線性關系的流體。非牛頓流體廣泛存在于生活、生產和大自然之中。高分子聚合物的濃溶液和懸浮液等一般為非牛頓流體。絕大多數生物流體都屬于現在所含義的非牛頓流體。人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細胞質那樣的"半流體"都屬于非牛頓流體。

電極漿料是一種是由多種不同比重、不同粒度的原料組成，又是固-液相混合分散，形成的漿料屬于非牛頓流體。鋰電池漿料又可分為正極漿料和負極漿料兩種，由于漿料體系（油性、水性）不同，其性質必千差萬別。但是，判斷漿料的性質無非以下幾個參數：

1.漿料的粘度

粘度是流體粘滯性的一種量度，是流體流動力對其內部摩擦現象的一種表示。液體在流動時，在其分子間出現內摩擦的性質，稱為液體的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用來表征液體性質相關的阻力因子。粘度又分為動力黏度和條件粘度。

粘度的含義為一對平行板，面積為A，相距dr，板間充以某液體。今對上板施加一推力F，使其出現一速度變化du。由于液體的粘性將此力層層傳遞，各層液體也相應運動，形成一速度梯度du/dr，稱剪切速率，以r′表示。F/A稱為剪切應力，以τ表示。剪切速率和剪切應力間具有如下關系：

(F/A)=η(du/dr)

牛頓流體符合牛頓公式，粘度只和溫度有關，和切變速率無關，τ和D為正比關系。

非牛頓流體不符合牛頓公式τ/D=f(D)，以ηa表示一定(τ/D)下的粘度，稱表觀粘度。非牛頓液體的粘度除了和溫度有關外，還和剪切速率、時間有關，并有剪切變稀或剪切變稠的變化。

2.漿料性質

漿料是一種非牛頓流體，是固液混合流體，為了滿足后續涂布工藝的要求，漿料要具有以下三個特性：

①好的流動性。流動性可以通過攪動漿料，讓其自然流下，觀察其持續性。持續性好，不斷斷續續則說明流動性好。流動性和漿料的固含量和粘度有關，

②流平性。漿料的流平性影響的是涂布的平整度和均勻度。

③流變性。流變性是指漿料在流動中的形變特點，其性質好壞影響著極片質量的優劣。

3.漿料分散基礎

鋰電池的電極制造，正極漿料由粘合劑、導電劑、正極材料等組成；負極漿料則由粘合劑、石墨碳粉等組成。正、負極漿料的制備都包括了液體和液體、液體和固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過程，而且在這個過程中都伴隨著溫度、粘度、環境等變化。鋰電池漿料的混合分散過程可以分為宏觀混合過程和微觀分散過程，這兩個過程始終都會伴隨著鋰電池漿料制備的整個過程。漿料的制備一般會經過以下幾個階段：

①干粉混合。顆粒之間以點點、點面、點線形式接觸，

②半干泥狀捏合階段。此階段在干粉混合均勻之后，加入粘結劑液體或溶劑，原材料被潤濕、呈泥狀。經過攪拌機的強力攪拌，物料受到機械力的剪切和摩擦，同時顆粒之間也會有內摩擦，在各個用途力下，原料顆粒之間趨于高度分散。此階段有關成品漿料的粒度和粘度有至關重要的影響。

③稀釋分散階段。捏合完成之后，緩慢加入溶劑調節漿料粘度和固含量。此階段分散和團聚共存，并最后達到穩定。在這個階段物料的分散重要受機械力、粉液間摩擦阻力、高速分散剪切力、漿料和容器壁撞擊相互用途力的影響。

二、影響漿料性質的參數分析

合漿后的漿料要具有較好的穩定性，這是電池生產過程中保證電池一致性的一個重要指標。隨著合漿結束，攪拌停止，漿料會出現沉降、絮凝聚并等現象，出現大顆粒，這會對后續的涂布等工序造成較大的影響。表征漿料穩定性的重要參數有流動性、粘度、固含量、密度等。

1.漿料的粘度

電極漿料要具有穩定且恰當的粘度，其對極片涂布工序具有至關重要的影響。粘度過高或過低都是不利于極片涂布的，粘度高的漿料不容易沉淀且分散性會好一點，但是過高的粘度不利于流平效果，不利于涂布；粘度過低也是不好的，粘度低時雖然漿料流動性好，但干燥困難，降低了涂布的干燥效率，還會發生涂層龜裂、漿料顆粒團聚、面密度一致性不好等問題。

在我們生產過程中經常出現的問題是粘度出現變化，而這里的"變化"又可分為：瞬時變化和靜止變化。瞬時變化是指在粘度測試過程中間就出現了劇烈的變化，靜止變化是指漿料靜止放置一段時間后粘度出現變化。粘度的變化或高或低，或時高時低。通常來說，影響漿料粘度的因素重要有攪拌漿料的轉速、時間控制、配料順序、環境溫濕度等。因素很多，當我們遇見粘度變化時應該怎么樣分析解決呢？漿料的粘度本質上，是由粘結劑決定性影響的。假想，沒有粘結劑PVDF/CMC/SBR（如圖2、3），或者粘結劑沒有很好的將活物質組合起來，固體活物質會和導電劑構成具有均勻涂覆的非牛頓流體嗎？不會!所以，分析解決漿料粘度變化的原因，要從粘結劑的本質及漿料分散程度上著手。

圖2.PVDF分子排列結構

圖3.CMC分子結構式

（1）粘度升高

不同的漿料體系具有不同的粘度變化規律，目前主流的漿料體系是正極漿料PVDF/NMP油性體系，負極漿料是石墨/CMC/SBR水性體系。

①正極漿料在放置一段時間后粘度升高。其原因一（短時間放置）是漿料攪拌速度過快，粘結劑未充分溶解，放置一段時間后PVDF粉末充分溶解，粘度升高。通常來說，PVDF要至少3個小時才能充分溶解，無論多快的攪拌速度都無法改變這一影響因素，所謂"欲速則不達"。原因之二（長時間放置）是漿料靜置過程中，膠體由溶膠狀態變為凝膠狀態，此時假如對其進行慢速勻漿，其粘度可以恢復。原因之三是膠體和活物質、導電劑顆粒之間形成了一種特殊的結構，此狀態是不可逆的，漿料粘度升高后無法恢復。

②負極漿料粘度升高。負極漿料粘度升高重要是由粘結劑分子結構被破壞引起的，分子鏈斷裂后被氧化后漿料粘度升高。假如物料被過度分散，顆粒粒徑出現較大的降低，也會新增漿料的粘度。

（2）粘度降低

①正極漿料粘度降低。原因之一，粘結劑膠體發生了性狀的變化。變化的原因多種多樣，如漿料傳輸過程中受到強剪切力、粘結劑吸收水分發生質變、攪拌過程中導致結構發生變化、自身發生降解等。原因之二，攪拌分散不均勻導致漿料中固體物質大面積沉降。原因之三，攪拌過程中粘結劑受到設備和活物質的強剪切力和摩擦力，在高溫情況下發生性狀變化，造成粘度下降。

②負極漿料粘度降低。原因之一CMC中混有雜質，CMC中的雜質大多是難溶性高分子樹脂，當CMC和鈣、鎂等混溶時，會降低其粘度。原因之二CMC是羥甲基纖維素鈉，其重要是C/O的結合，鍵強很弱極易被剪切力破壞，當攪拌速度過快或時間太長時有可能破壞CMC的結構。CMC在負極漿料中起到增稠和穩定的用途，同時對原材料的分散起重要的用途，其結構一旦發生破壞，必然引起漿料沉降，粘度降低。原因之三是SBR粘結劑的破壞。在實際生產中通常選擇CMC和SBR協同工作，此二者的用途各不相同。SBR重要起到粘結劑的用途，但是其在長時間攪拌下極易發生破乳，導致粘結性失效，漿料粘度降低。

（3）特殊情況（果凍狀及時高時低）

在正極漿料制備過程中有時候會出現漿料變成"果凍"的情況。這種情況的原因重要有二：其一，水分。考慮活物質吸潮、攪拌過程水分控制不好，原材料吸收水分后或者攪拌環境濕度較高，導致PVDF吸收水分變成果凍狀。其二，漿料或材料的pH值。pH值越高，對水分的控制就要求更嚴格，尤其是NCA、NCM811等高鎳材料的攪拌。

漿料粘度忽高忽低，原因之一可能是漿料測試過程中未完全穩定下來，漿料粘度受溫度的影響很大。尤其是被高速分散之后，漿料內部溫度存在一定的溫度梯度，取樣不同粘度也不盡相同。原因之二是漿料的分散性差，活物質、粘結劑、導電劑沒有良好的分散開，漿料就沒有好的流動性，自然漿料粘度忽高忽低。

2.漿料的粒度

在合漿之后，要對其粒度進行測量，粒度測量的方法通常采用刮板法。粒度是表征漿料質量的一個重要參數，粒度大小有關涂布工序、輥壓工序以及電池性能有重要影響，理論上來說漿料粒度越小越好。當顆粒粒徑過大時，漿料的穩定性會受到影響，出現沉降、漿料一致性不良等。在擠壓式涂布過程中會出現堵料、極片干燥后麻點等情況，造成極片質量問題。在后續的輥壓工序中，涂布不良處由于受力不均，極易造成極片斷裂、局部微裂紋，這對電池的循環性能、倍率性能和安全性能造成了極大的危害。

正負極活物質、粘接劑、導電劑等主材料粒徑大小不一，密度不同，在攪拌過程中會出現混合、擠壓、摩擦、團聚等多種不同的接觸方式。在原材料被逐漸混勻、被溶劑潤濕、大塊物料破裂和逐漸趨于穩定這幾個階段中，會出現物料混合不勻、粘接劑溶解不良、細顆粒嚴重團聚、粘接劑性狀發生變化等情況，就會導致大顆粒的出現。

當我們弄明白顆粒出現的原因時就要對癥下藥，解決這些問題。有關物料干粉混合，個人覺得攪拌機速度對干粉混合程度影響不大，但是兩者要足夠的時間來保證干粉的混勻。現在有的廠商選擇粉狀粘接劑有的選擇液體溶解好的粘接劑，兩種不同的粘接劑決定了工藝的不同，采用粉狀粘結劑要更長的時間來進行溶解，否則在后期會出現溶脹、回彈、粘度變化等。細顆粒之間的團聚不可防止，但是我們要保證物料之間有足夠大的摩擦力，能夠促使團聚顆粒出現擠壓、破碎，利于混合。這就要我們控制好漿料不同階段的固含量，太低的固含量會影響顆粒之間的摩擦分散。

3.漿料的固含量

漿料的固含量和漿料穩定性息息相關，同種工藝和配方，漿料固含量越高，粘度越大，反之亦然。在一定范圍內，粘度越高，漿料穩定性越高。我們設計電池時，一般從電池容量反推卷芯厚度再到極片的設計，那么極片設計僅僅和面密度、活物質密度、厚度等參數有關。極片的參數是通過涂布機和輥壓機對其進行調整的結果，漿料的固含量對其并無直接影響。那么，漿料固含量的高低是不是就無關緊要呢？

（1）固含量有關提高攪拌效率和涂布效率具有一定影響。固含量越高，漿料攪拌時間越短，所耗溶劑越少，涂布干燥效率越高，節省時間。

（2）固含量對設備有一定的要求。高固含量漿料對設備的損耗較高，因為固含量越高，設備磨損越嚴重。

（3）高固含量的漿料穩定性更高，部分漿料穩定性測試結果表明（如下圖），常規攪拌的TSI(不穩定性指數)1.05要高于高粘度攪拌工藝TSI值0.75，所以高粘度攪拌工藝所獲得的漿料穩定性要優于常規攪拌工藝。但是高固含量的漿料也會影響其流動性，非常挑戰涂布工序的設備和技術人員。

（4）高固含量的漿料可以減少涂層間厚度，降低電池內阻。

4.漿料密度

漿料的密度是反應漿料一致性的重要參數，通過測試不同位置的漿料密度可以驗證漿料的分散效果。在這就不多贅述，通過以上的總結，相信大家制備出良好的電極漿料。