鋰離子電池是以含鋰物質(zhì)作負(fù)極的化學(xué)電源總稱(chēng)。自1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦為負(fù)極，以LiCoO₂為正極的鋰離子電池以來(lái)，日本一直站在鋰離子電池開(kāi)發(fā)和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的前列。進(jìn)入二十一世紀(jì)，在國(guó)家政策的鼓勵(lì)和市場(chǎng)預(yù)期的推動(dòng)下，中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱度不斷高漲，國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠(chǎng)商紛紛推出發(fā)展計(jì)劃。而中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)體系也已基本形成。電池漿料的精密調(diào)理是提高電池綜合性能的關(guān)鍵；但國(guó)外企業(yè)不僅可以對(duì)正負(fù)極材料的形貌進(jìn)行控制，而且對(duì)鋰離子電池漿料質(zhì)控參數(shù)秘而不宣。對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)如何發(fā)展自己的核心技術(shù)成為挑戰(zhàn)

對(duì)于合漿工序而言，合漿的攪拌工藝、粘結(jié)劑、固含量和漿料粘度對(duì)漿料的穩(wěn)定性有重大的意義。通過(guò)高粘度攪拌工藝，漿料中導(dǎo)電劑是否能較好地分散在主料的表面，均勻地包覆住主料，這將影響極片的導(dǎo)電性，直接影響電池的倍率性能。因此，我國(guó)鋰離子電池行業(yè)只能通過(guò)測(cè)粘度對(duì)漿料穩(wěn)定性進(jìn)行粗放的宏觀(guān)管理，而缺乏對(duì)漿料本身電學(xué)性質(zhì)的研究和監(jiān)測(cè)，極大地影響了鋰離子電池的成品率，導(dǎo)致成本無(wú)法下降，品質(zhì)無(wú)法提高。我國(guó)涉及電池材料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 30835-2014、 GB/T 30836-2014 和GB/T 24533-2009）規(guī)定采用激光粒度分析儀進(jìn)行測(cè)定，但是根據(jù)修正后的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19077 -2016，激光粒度儀只適合于球形電池原料的檢測(cè)，測(cè)試體系為透光的懸浮液，一般顆粒濃度極低（小于0.1%），以避免多重散射造成的誤差。而像電池漿料這種高濃度不透光的黑色粘稠懸浮液已經(jīng)超出了激光粒度儀的應(yīng)用范圍。美國(guó)和日本鋰電企業(yè)都是通過(guò)超聲衰減/電聲學(xué)技術(shù)（ISO 20998/ISO13099）表征漿料中顆粒的大小、流變性質(zhì)和電學(xué)性能，進(jìn)行鋰離子電池漿料及其穩(wěn)定性質(zhì)控。在可比較的范圍內(nèi)，超聲衰減法和激光衍射法測(cè)得的顆粒粒度是一致的^（1）。為了打破界限，提高我國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)品質(zhì)，根據(jù)所掌握的信息，我們對(duì)電池漿料品質(zhì)控制的超聲/電聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行了初步探索。

鋰離子電池正負(fù)極漿料的測(cè)定

一、 電極的材料組成：

電極配料的過(guò)程實(shí)際上是將漿料中的各種組成按標(biāo)準(zhǔn)比例混合在一起（見(jiàn)表1），調(diào)制成漿料,以利于均勻涂布，極片的一致性，配料大致包括五個(gè)過(guò)程，即：原料的預(yù)處理,混料,浸濕,分散和絮凝。

配料的理化性能如下：

(1) 導(dǎo)電劑：非極性物質(zhì),葡萄鏈狀物，含水量3-6%，粒徑一般為 2-5μm；主要有普通碳黑、超導(dǎo)碳黑、石墨乳等，在大批量應(yīng)用時(shí)一般選擇超導(dǎo)碳黑和石墨乳復(fù)配;通常為中性。

(2) PVDF粘合劑: 聚偏氟乙烯，非極性物質(zhì),鏈狀物,分子量從300,000到3,000,000不等；吸水后分子量下降，粘性變差。

(3) NMP: N-甲基吡咯烷酮，弱極性液體,用來(lái)溶解/溶脹PVDF,同時(shí)用來(lái)稀釋漿料。

性能的鋰離子電池離不開(kāi)的生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)制造設(shè)備，其中電池漿料的配方和電池漿料的均勻分散是生產(chǎn)優(yōu)良鋰離子電池的關(guān)鍵。如何發(fā)現(xiàn)和測(cè)定電池漿料的電學(xué)性能及其與電池充放電性能的關(guān)系，如何判斷和監(jiān)測(cè)分散過(guò)程及分散程度就成為至關(guān)重要的質(zhì)控環(huán)節(jié)。

表1 電極的漿料組成成分及作用

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)鋰離子電池漿料的電學(xué)性能及其與電池的倍率性能的關(guān)系研究幾近，為此我們展開(kāi)了相關(guān)研究。電極漿料來(lái)自國(guó)內(nèi)外相關(guān)的。

二、 實(shí)驗(yàn)儀器和測(cè)定參數(shù):

我們采用美國(guó)分散技術(shù)公司（Dispersion Technology，Inc）的DT-1202 超聲粒度和zeta電位分析儀進(jìn)行測(cè)定（見(jiàn)圖1）。該儀器實(shí)際是一臺(tái)高度集成的超聲/電聲譜分析儀，不僅可以測(cè)定原濃體系黑色漿料的粒度分布和zeta電位（粒度范圍：5nm～1mm，體積濃度可達(dá)50%），適應(yīng)高粘度樣品的測(cè)定（可達(dá)20,000 cP），而且可在一臺(tái)儀器上完成pH、溫度、電導(dǎo)率及流變性質(zhì)的測(cè)定。該儀器可同時(shí)執(zhí)行ISO 20998/ ISO13099標(biāo)準(zhǔn)，利用電學(xué)和聲學(xué)方法，可以在分散液、微乳液、具有液體分散介質(zhì)的多孔材料等多相體系中測(cè)定Zeta電位。對(duì)Zeta電位值和分散相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（包括稀釋和濃縮體系）沒(méi)有限定，顆粒粒徑和孔徑大小可以在微米量級(jí)或納米范圍，對(duì)顆?；蚩紫?/span>的幾何形狀也沒(méi)有特殊的限制。液體分散介質(zhì)可以是水相或者非水相，可具有任意的液體電導(dǎo)率、介電常數(shù)或化學(xué)成分。顆粒自身可以導(dǎo)電也可以不導(dǎo)電，膠體的雙電層可以分離也可以互相重疊，雙電層厚度或其它性質(zhì)沒(méi)有限制。因此，對(duì)于電池漿料具有廣泛的適用性。除此之外，我們還關(guān)注和計(jì)算了在ISO13099標(biāo)準(zhǔn)中與體系顆粒電學(xué)性質(zhì)相關(guān)的以下參數(shù)：

• Debye：即德拜長(zhǎng)度（Debye length），電解液中雙電層的特征長(zhǎng)度，單位是納米。它反映了膠體顆粒外層緊密層+擴(kuò)散層的厚度，即雙電層厚度。雙電層厚度可以直接表明膠體顆粒帶電多少、帶電離子水化膜的厚薄和zeta電位的大小，它們直接影響著分散體系的穩(wěn)定性和流變性。

德拜長(zhǎng)度表示為1/κ，帶電顆粒的離子分布為K²，則  

其中c_i——離子i的濃度；z_i——離子i的化合價(jià)，包含正負(fù)號(hào)；F——法拉第常數(shù)。

2. Du：杜坎數(shù)（Dukhin number），無(wú)量綱，反映表面電導(dǎo)率對(duì)電動(dòng)、電聲現(xiàn)象及多相體系電導(dǎo)率和介電常數(shù)的貢獻(xiàn)，是雙電層極化狀態(tài)的表面過(guò)剩導(dǎo)電率的表征參數(shù)，它描述顆粒的表面電導(dǎo)率和周?chē)黧w的體電導(dǎo)率之間的比率。

其中K^σ——顆粒表面層（面）電導(dǎo)率；K_m——液體（體）電導(dǎo)率；a——顆粒半徑。

3. Surface charge：雙電層的面電荷密度。單位面積界面上的電荷，由液體體相離子的特異吸附，或表面基團(tuán)解離所致。表面電荷密度的單位是C/m (庫(kù)侖/米)。

4. MWf，即Maxwell-Wagner弛豫頻率：

膠體分散體系在外加電場(chǎng)作用下，界面雙電層的極化導(dǎo)致在微波和射頻頻率區(qū)間產(chǎn)生兩個(gè)明顯的介電弛豫現(xiàn)象——界面極化(Maxwell-Wagner)弛豫和低頻弛豫(LFDD)， 的理論和實(shí)驗(yàn)研究都表明：研究粒子分散系的這兩種弛豫現(xiàn)象能提供十分豐富的關(guān)于體系的非均勻構(gòu)造信息。MW弛豫頻率計(jì)算為下式：

由于Maxwell-wagner效應(yīng)積累的電荷在電場(chǎng)撤去以后仍有可能存在，遠(yuǎn)低于或高于此頻率可忽略雙電層的面電荷密度的變化。

5. Dynamic viscosity：動(dòng)力黏度，即剪切黏度，是剪切力與液體滑移速率的比值。動(dòng)力黏度用來(lái)衡量液體抵抗剪切形變的程度，它決定了不可壓縮牛頓流體的動(dòng)力學(xué)。

6. Bulk viscosity：體積黏度，牛頓液體在體積發(fā)生變化時(shí)，所受阻力和體積變化速度關(guān)系的表征。體積黏度反映了流體“旋轉(zhuǎn)"和“振動(dòng)"自由度的弛豫，對(duì)于非牛頓液體，則以縱向黏度表示。體積黏度（或縱向黏度）與動(dòng)力黏度是彼此獨(dú)立的兩個(gè)參數(shù)，表征的是液體中不同過(guò)程、不同分子運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)層面。

三、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果:

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置和過(guò)程：

1. 在主機(jī)樣品池中（見(jiàn)圖2左）測(cè)量漿料粒度和流變性能；采用帶小型樣品杯的倒置zata(ζ)電位探頭(見(jiàn)圖2右），測(cè)量ζ電位；用電導(dǎo)率探頭測(cè)量電導(dǎo)率；pH和溫度探頭測(cè)量體系的pH值和溫度（NMP體系輸入pH=14）。

2. 在用膠體振動(dòng)電流 (CVI) 方式測(cè)定原濃體系的zeta電位后，在應(yīng)用軟件的Analysis項(xiàng)下，輸入電導(dǎo)率值，選擇“Advanced CVI"，可用CVI理論更加地計(jì)算ζ電位，以及Debye（德拜長(zhǎng)度）、Du（杜坎數(shù)）等值。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜述見(jiàn)表2。

表2       各種電池正負(fù)極漿料的超聲/電聲譜測(cè)量結(jié)果

國(guó)外樣品正極漿料和三元系漿料粒度：

國(guó)外樣品正極漿料的粒度與我們國(guó)內(nèi)產(chǎn)品類(lèi)似，但其三元系漿料粒度非常小，其粒度分布峰形是峰值在0.05μm，0.2μm和0.628μm三個(gè)峰的疊加，相關(guān)材料的電聲學(xué)信息均未透露。

圖4  鋰離子電池三元正極漿料粒度分布圖及zeta電位等（（左圖）以及流變學(xué)測(cè)定（右圖）

我們對(duì)某三元漿料進(jìn)行了超聲/電聲譜全分析，其測(cè)定結(jié)果和數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4和表2，在此測(cè)定的基礎(chǔ)上，我們還可以計(jì)算漿料微觀(guān)結(jié)構(gòu)的彈性參數(shù)——Hook系數(shù)、微粘度及散射系數(shù)，它們分別為0.1，1.65cP和5.2。

討    論

1. 有關(guān)超聲/電聲譜技術(shù)

聲學(xué)和膠體學(xué)有機(jī)結(jié)合在電池漿料的應(yīng)用是未來(lái)電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。歷這兩個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者之間交集較少。盡管膠體學(xué)中有 有關(guān)超聲現(xiàn)象的文獻(xiàn)報(bào)道，但我們幾乎沒(méi)有意識(shí)到這一現(xiàn)象會(huì)對(duì)膠體科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用起到真正重要的作用。從另一方面來(lái)看，膠體科學(xué)工作者也沒(méi)有意識(shí)到聲學(xué)會(huì)是進(jìn)行膠體表征的重要工具。其實(shí)，在整個(gè)膠體科學(xué)框架中隱藏著聲學(xué)部分，關(guān)鍵要看： 1）這些相關(guān)擾動(dòng)本質(zhì)上是電學(xué)的，機(jī)械力學(xué)的，還是機(jī)電學(xué)的；2）擾動(dòng)時(shí)域是否能用穩(wěn)態(tài)，低頻或高頻來(lái)描述。表3 說(shuō)明了這種主要膠體現(xiàn)象的分類(lèi)情況。根據(jù)電學(xué)或機(jī)械波長(zhǎng)λ與膠體粒徑L 之間的關(guān)系來(lái)劃分低頻和高頻的范圍。

表3       膠體現(xiàn)象

對(duì)于膠體體系，可用于漿料的超聲技術(shù)會(huì)提供關(guān)于顆粒表征的三個(gè)重要領(lǐng)域的信息: 粒徑分布，流變學(xué)和電動(dòng)學(xué)。聲譜儀能測(cè)量超聲波的衰減，聲音的傳播速度和(或)聲阻抗。所檢測(cè)到的聲學(xué)性質(zhì)包含了膠體的粒度分布，體積分?jǐn)?shù)以及膠體結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)性質(zhì)的信息。所以，我們能通過(guò)運(yùn)用相應(yīng)的理論假設(shè)和先前的一些參數(shù)從中提煉出這些信息。聲譜儀不僅僅是一個(gè)粒度分析的儀器，通過(guò)應(yīng)用在膠體上的聲波和壓力，我們根據(jù)其響應(yīng)還可以闡釋膠體的流變學(xué)性質(zhì)。除了聲學(xué)，還有電聲學(xué)，表5和表6列出了DT-1202全配置能夠測(cè)量和計(jì)算的漿料參數(shù)，和內(nèi)置的計(jì)算理論及其適用范圍。

• 用超聲法測(cè)量粒度分布原理

超聲脈沖可以穿透樣品傳播.通過(guò)測(cè)量這個(gè)寬頻超聲脈沖的衰減（聲譜），我們可以從中計(jì)算出與衰減有函數(shù)關(guān)系的粒度分布。軟件可以計(jì)算膠體顆粒超聲作用的幾種機(jī)制，包括散射、耗散和熱力學(xué)耦合。這些計(jì)算需要知道顆粒和液體的密度、液體的粘度、顆粒的重量濃度；對(duì)于軟性顆粒，如乳液或乳膠，還需要知道顆粒的熱膨脹系數(shù)。這些都可以從軟件已知物數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)獲得。對(duì)于顆粒的重量濃度也可以從聲速數(shù)據(jù)中求得。超聲方法測(cè)量粒度分布執(zhí)行ISO 20998 (GB/T 29023)標(biāo)準(zhǔn)《超聲法顆粒測(cè)量與表征》。

1.2 用超聲法測(cè)量拉伸流變性質(zhì)原理

分散體系的粘彈性通常用剪切流變儀通過(guò)振動(dòng)測(cè)量來(lái)獲得,其頻率范圍的上限大約是1000Hz。而用1～100 MHz頻率內(nèi)的聲波來(lái)研究分散體系的粘彈性，是對(duì)傳統(tǒng)剪切流變技術(shù)的一項(xiàng)補(bǔ)充，其特殊的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)樣品無(wú)機(jī)械和結(jié)構(gòu)損傷。此外，還有可能對(duì)難表征的參數(shù)進(jìn)行表征，如：體積粘度。由此可得自有分子的轉(zhuǎn)動(dòng)-振動(dòng)角度的新信息。而這是用剪切法不可能做到的?？v向粘度一般和非牛頓液體有關(guān)，和牛頓液體無(wú)關(guān)。利用超聲流變學(xué)可以得到以下測(cè)量數(shù)據(jù)：

n 表征牛頓液體的動(dòng)力粘度（即剪切黏度）。如果知道某一特定溶液的動(dòng)力粘度η，那么就可得到體積粘度η_b。

n 通過(guò)測(cè)定超聲衰減譜判斷牛頓液體。

n 可以得到分散體系的縱向彈性模數(shù)G’_long和縱向耗散模數(shù)G"_long

• 用電聲法測(cè)量Zeta電位原理

超聲引起顆粒相對(duì)于液體的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)又侵?jǐn)_了在帶電顆粒反向離子擴(kuò)散界面上移動(dòng)的雙電層。這種離子云的位移制造了一個(gè)偶極運(yùn)動(dòng)。許多顆粒的偶極運(yùn)動(dòng)之和就是可以用電極傳感器測(cè)量的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)依賴(lài)于zeta電位值。用相應(yīng)的理論就可以計(jì)算zeta電位。這個(gè)計(jì)算需要知道固體顆粒和液體的密度差、粘度、液體的介電常數(shù)以及顆粒的重量濃度（％wt）。通過(guò)電聲方法測(cè)量zeta電位執(zhí)行ISO 13099-1標(biāo)準(zhǔn)《膠體系統(tǒng) ——ζ電位測(cè)定方法 第1部分：電聲法和動(dòng)電法；ISO 13099-3 膠體系統(tǒng)——ζ電位測(cè)定方法 第2部分：聲學(xué)法》

在動(dòng)態(tài)光散射zeta電位分析儀中只有經(jīng)典理論。由于在極性水體系中雙電層可能會(huì)變厚，在非水體系中雙電層可能會(huì)重疊，在電聲法zeta電位分析儀中除了經(jīng)典的基礎(chǔ)理論外，還內(nèi)置兩個(gè)更的CVI膠體理論，并以德拜長(zhǎng)度1/k與顆粒半徑a的乘積ka作為理論選擇的依據(jù)（見(jiàn)表5）。有關(guān)雙電層厚薄的說(shuō)明見(jiàn)圖5。

由于涉及到其它雙電層參數(shù)，高等理論的應(yīng)用會(huì)更為復(fù)雜。但另一方面，這些理論使表面電學(xué)性質(zhì)的描述更為詳細(xì)，其中zui重要的兩個(gè)參數(shù)是德拜長(zhǎng)度和杜坎（Dukhin）數(shù)。測(cè)量過(guò)程的復(fù)雜程度增加會(huì)使確定的參數(shù)更詳細(xì)，從而使得Zeta電位的值更。

德拜長(zhǎng)度是雙電層厚度的一種估值，對(duì)于理解聚集穩(wěn)定性和粒子間相互作用很重要。杜坎數(shù)(Dukhin number，Du)是以美國(guó)分散技術(shù)公司(Dispersion Technology Inc)的CEO —— Dr.Andrei Dukhin的父親，前蘇聯(lián)的膠體化學(xué)家斯坦尼斯拉夫·杜坎（Stanislav Dukhin）命名的無(wú)量綱參數(shù)，是雙電層極化狀態(tài)的表面過(guò)剩導(dǎo)電率的表征參數(shù)，它描述顆粒的表面電導(dǎo)率和周?chē)黧w的體電導(dǎo)率之間的比率。通過(guò)電導(dǎo)率測(cè)量可以計(jì)算。可以通過(guò)電導(dǎo)率的測(cè)量計(jì)算德拜長(zhǎng)度和杜坎數(shù)（如圖6）。

表6 超聲衰減機(jī)理（五種理論模型）*

*用于計(jì)算的慣用模型由分散質(zhì)的類(lèi)型決定

1.4 用電震法測(cè)量多孔固體的孔隙率和界面zeta電位原理

這是一個(gè)非常前沿的技術(shù)。多孔固體的表征通常包括孔隙率，孔徑和孔壁電荷量?？紫堵屎涂讖綔y(cè)量一般用氣體吸附法和壓汞法，而電荷量的表征通常依靠表面流動(dòng)電位的測(cè)量。超聲在多孔固體中的傳播產(chǎn)生了一組可用于表征目的的不同效應(yīng)，其中對(duì)電震電流的詳細(xì)分析得到廣泛認(rèn)同：在不等容模型下的高頻超聲產(chǎn)生的是簡(jiǎn)單的流動(dòng)電流，這使得該方法可以取代壓汞儀而不用汞。電震法還可以表征具有極低流體動(dòng)力學(xué)滲透率（hydrodynamic permeability）材料的帶電表面性質(zhì)（由于小孔）。許多這類(lèi)材料是不可能用傳統(tǒng)動(dòng)電法測(cè)試的。該方法已列入ISO 13099-1標(biāo)準(zhǔn)《膠體系統(tǒng) ——ζ電位測(cè)定方法 第1部分：電聲法和動(dòng)電法》。

2. 鋰離子電池漿料與分散工藝的質(zhì)量控制

鋰離子電池漿料是由多種不同比重、不同粒度的原料組成，又是固-液相混合分散，使用NMP形成的漿料屬于非牛頓流體。這種像油狀的黑色流動(dòng)液體，具有一般流體所具有的特征如粘性、流動(dòng)性等，但因?yàn)殡姵貪{料是一種液固兩相流，所以還具有一些自身特殊的性能。

2.1 鋰離子電池漿料流變性：

　　流變性是指物質(zhì)在外力作用下的變形和流動(dòng)性質(zhì)。由于液體不能承受剪切力，因而不能保持其外形的穩(wěn)定。在外力的作用下，液體就會(huì)發(fā)生流動(dòng)和變形等的性質(zhì)，稱(chēng)為流變性。漿體的流變性十分復(fù)雜。一種漿體在低濃度時(shí)可能表現(xiàn)為牛頓流體或假塑性流體；濃度稍高產(chǎn)生絮團(tuán)后，可能表現(xiàn)為賓漢流體；更高的濃度下又可能會(huì)出現(xiàn)脹塑性流體。

　　對(duì)同—種漿料，在剪切率不太高時(shí)，不出現(xiàn)脹流現(xiàn)象，剪切率高時(shí)又可能轉(zhuǎn)化為脹塑性流體。有些非牛頓流體在低剪切速率和高剪切速率下都可能呈現(xiàn)牛頓流體形象，這可能是因?yàn)樵诘图羟兴俾氏?，分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)不出剪切速率對(duì)其中物料重新排列使表觀(guān)粘度的變化。當(dāng)剪切速率增高到一定限度后，剪切定向達(dá)到了*程度，因而也使表觀(guān)粘度不隨剪切速率而變。如前所述，許多非牛頓流體其流變特性受到體系中結(jié)構(gòu)變化的影響。

　　影響鋰離子電池漿料流變性的一些主要參數(shù)：

（1） 分散相或固相的類(lèi)型及表面電荷的大小：對(duì)于不同種類(lèi)的正負(fù)極活性物質(zhì)，由于其種類(lèi)不同，具有不同的水化膨脹特性以及不同的表面電荷，因而不同種類(lèi)的活性物質(zhì)其分散特性、膠溶特性以及形成具有一定強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)體系的能力也各不相同，其宏觀(guān)表現(xiàn)是不同種類(lèi)的活性物質(zhì)配制而成的漿料具有不同的流變特性。

（2） 固相的濃度：分散相或固相濃度的大小主要影響漿料的屈服應(yīng)力和塑性粘度或表觀(guān)粘度。在一般情況下，固相濃度越大，其屈服應(yīng)力、塑性粘度或表觀(guān)粘度越大。

（3） 固相顆位的大小、形狀以及粒徑的分布：在固相濃度不變的條件下，顆粒的粒徑越小，由于其總的表面積增加，因而漿料的屈服應(yīng)力和粘度將隨之增加。

（4） 分散介質(zhì)本身的粘度：不同的溶劑具有不同的粘度，使得漿料的粘度也將隨之變化。

（5） 溫度和壓力：在不同的溫度和壓力下漿料具有不同的流變特性。

（6） 漿料的pH值。

而DT-1202具有在常壓條件下測(cè)量和計(jì)算上述全部涉及的宏觀(guān)和微觀(guān)參數(shù)的能力，這對(duì)研究漿料的配比和工藝至關(guān)重要。同時(shí)，顆粒的大小和形狀分布可以由Occhio圖像法粒度和形貌分析儀獲得。

2.2 分散效果對(duì)鋰離子電池漿料的影響：

　　混合分散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zui重要的環(huán)節(jié)。鋰離子電池的電極制造過(guò)程中，正、負(fù)極漿料的制備都包括了液體與液體、液體與固體物料之間的相互混合、溶解、分散等一系列工藝過(guò)程，而且在這個(gè)過(guò)程中都伴隨著溫度、粘度、微環(huán)境等的變化。在正、負(fù)極漿料中，顆粒狀活性物質(zhì)的分散性和均勻性直接響到鋰離子在電池兩極間的運(yùn)動(dòng)，因此在鋰離子電池生產(chǎn)中各極片材料的漿料的混合分散至關(guān)重要，漿料分散質(zhì)量的好壞，直接影響到后續(xù)鋰離子電池生產(chǎn)的質(zhì)量及其產(chǎn)品的性能。

　　大部分的漿料都是屬于懸浮液體系。不穩(wěn)定的懸浮液在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生絮凝，并由于重力作用而很快分層，分散的目的就是要在產(chǎn)品的有效期內(nèi)抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。而監(jiān)測(cè)漿料穩(wěn)定性的*手段就是用zeta電位探頭直接定時(shí)（定期）觀(guān)察漿料的平均粒度和zeta電位變化，監(jiān)測(cè)團(tuán)聚的發(fā)生。

　另外，在我們的初步實(shí)驗(yàn)探索中，石墨烯和鈦酸鋰的NMP漿料電性能表現(xiàn)搶眼，這些參數(shù)與材料種類(lèi)、漿料濃度和漿料穩(wěn)定狀態(tài)之間的關(guān)系需要進(jìn)一步探索。

2.3 電池漿料的電學(xué)性能與電池的倍率性能之間的關(guān)系：

美國(guó)分散科技公司（DTI）專(zhuān)注于非均相體系表征的科學(xué)儀器業(yè)務(wù)，基于超聲法原理的DT-1202主要應(yīng)用于在原濃的分散體系中表征粒徑分布、zeta電位、流變學(xué)、固體含量、孔隙率，包括CMP漿料，納米分散體，陶瓷漿料，電池漿料，水泥家族，藥物乳劑等，并可應(yīng)用于多孔固體。電池漿料的性質(zhì)與固相類(lèi)型和濃度、表面電荷大小、粒徑分布和流變性有關(guān)，而實(shí)驗(yàn)表明，有關(guān)這些性質(zhì)的參數(shù)可以從DT-1202上一次性測(cè)出或計(jì)算得到。

DT-1202是分析儀器，因此對(duì)于黑色高濃體系的電池漿料的測(cè)定，在默認(rèn)的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上，需要從分析窗口中選擇CVI理論等重新計(jì)算數(shù)據(jù)，從而獲得可靠的數(shù)據(jù)。它可以同時(shí)得到體系的動(dòng)力黏度（剪切黏度）和體積黏度，是電池漿料開(kāi)發(fā)研究和質(zhì)量控制的利器。除此之外，在本文的初步探索中，還可獲得一系列電池漿料的電學(xué)參數(shù)，這些參數(shù)與成品電池的倍率關(guān)系還需要通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)摸索和確認(rèn)。這些實(shí)驗(yàn)包括：

• 在漿料濃度進(jìn)行梯度變化下，相關(guān)電學(xué)參數(shù)的變化趨勢(shì)；

• 電池的倍率變化與漿料電學(xué)參數(shù)變化之間的函數(shù)關(guān)系。

目前，對(duì)于水泥這樣的傳統(tǒng)材料，已經(jīng)采用zeta 電位和雙電層厚度研究和監(jiān)測(cè)水泥分散體系的穩(wěn)定性、流變性以及水泥的凝結(jié)和硬化過(guò)程（4）。我們相信，在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，一定能發(fā)現(xiàn)和掌握對(duì)電池漿料等新能源材料質(zhì)控的鑰匙。

—— 2017年6月3日星期六

參考文獻(xiàn)

1. 專(zhuān)著：Dukhin, A.S. and Goetz, P.J. “Characterization of liquids, nano- and microparticulates, and porous bodies using ultrasound", Elsevier, 2010

2. 石墨邦：鋰電漿料特性和分散機(jī)理的zui強(qiáng)總結(jié)。電池中國(guó)。2017-03-22 09:30:00  

3. ISO 13099-1標(biāo)準(zhǔn):《膠體系統(tǒng) ——ζ電位測(cè)定方法 第1部分：電聲法和動(dòng)電法；ISO 13099-3 膠體系統(tǒng)——ζ電位測(cè)定方法 第2部分：聲學(xué)法》

4. 劉春雁：水泥分散體系的帶電機(jī)理及雙電層厚度的描述.《科海故事博覽·科技探索》 , 2012