鋰離子電池的正極漿料，通常是由活性材料與導(dǎo)電劑和黏結(jié)劑一起在溶劑中分散后形成的均勻膠狀混合物。活性材料具有脫嵌鋰離子的特性，導(dǎo)電劑大多是一些能夠新增活性材料導(dǎo)電性的石墨類化合物，而黏結(jié)劑則使得活性材料、導(dǎo)電劑以及集流體之間形成緊密的界面接觸和電子遷移通道。

聚偏氟乙烯(PVDF)由于不與電極材料反應(yīng)，在溶劑中溶解性好并且具有較高的黏結(jié)性，是鋰離子電池正極漿料中已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的最常見(jiàn)黏結(jié)劑。筆者合漿制作了不同PVDF含量的鋰離子電池正極漿料，并測(cè)試研究了PVDF含量和漿料流變特性能如黏度、流動(dòng)性、觸變性的關(guān)系，分析了PVDF含量對(duì)漿料內(nèi)部顆粒分散狀態(tài)的影響。

使用小型合漿機(jī)對(duì)正極漿料進(jìn)行合漿，合漿前先稱取一定量PVDF粉末加入到20kgNMP溶液中并持續(xù)打膠2h形成穩(wěn)定均勻的透明膠液，隨后加入混合均勻后的9kgLFP和0.5kgSP粉末，在合漿機(jī)中持續(xù)攪拌3h后形成穩(wěn)定均勻的正極漿料。

通過(guò)改變PVDF含量可以得到不同合漿配比的正極漿料，將PVDF添加量分別為0.25、0.5、0.75kg時(shí)合漿得到的正極漿料樣品分別記為PVDF一0.25、PVDF-0.5、PVDF-0.75。

一、PVDF含量對(duì)正極漿料黏度的影響

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黏度是正極漿料的重要特性參數(shù)之一，能夠反映出漿料的分散性能和加工性能的好壞。圖1是不同正極漿料樣品在變剪切條件下的黏度變化曲線。所有的正極漿料都是非牛頓流體，并且在較高剪切速率下黏度值趨于穩(wěn)定，此時(shí)的黏度被稱為極限剪切黏度。

由圖1可見(jiàn)，隨著漿料中PVDF含量的新增，漿料的剪切黏度不斷增大，剪切速率為50s-1時(shí)，PVDF一0.25、PVDF一0.5、PVDF一0.75樣品的黏度分別為0.47、0.7、0.84Pa·s。

二、PVDF含量對(duì)正極漿料流動(dòng)性的影響

儲(chǔ)能模量(G')是漿料在發(fā)生形變時(shí)，由于可逆的彈性形變而儲(chǔ)存能量的大小，反映漿料彈性大小。而損耗模量(G”)是指漿料在發(fā)生形變時(shí)，由于不可逆的黏性形變而損耗的能量大小，反映著材料的黏性大小。

當(dāng)G”>G'時(shí)，漿料受剪切時(shí)重要發(fā)生黏性形變，呈現(xiàn)類似液體的黏性狀態(tài)；當(dāng)G”<G'時(shí)，漿料受剪切時(shí)重要發(fā)生彈性形變，呈現(xiàn)類似固態(tài)的狀態(tài)；當(dāng)G”=G'時(shí)，漿料受剪切時(shí)發(fā)生黏性形變與彈性形變相當(dāng)，呈現(xiàn)典型的凝膠狀態(tài)，因此該點(diǎn)也被稱為膠產(chǎn)出點(diǎn)。

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圖2為不同正極漿料樣品的模量變化曲線。由圖2可見(jiàn)，隨著應(yīng)力的新增，漿料從靜置時(shí)的固體形態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w形態(tài)，而且隨著PVDF的增大，凝膠產(chǎn)出點(diǎn)越來(lái)越小，說(shuō)明漿料的可流動(dòng)變得越來(lái)越差。

三、PVDF含量對(duì)正極漿料觸變性能的影響

漿料在經(jīng)歷高剪切/低剪切/高剪切3個(gè)階段測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)出的觸變恢復(fù)性，反了漿料中分散粒子間的結(jié)合力大小以及分散穩(wěn)定性。圖3是不同正極漿料樣品在經(jīng)歷3個(gè)階段觸變性的測(cè)試曲線。漿料在經(jīng)歷高速剪切過(guò)程前后的黏度變化值被稱成觸變恢復(fù)率。

由圖3可見(jiàn)，PVDF一0.25、PVDF一0.5、PVDF—0.75樣品在改變測(cè)試條件下的觸變恢復(fù)率分別為77％、97％、73％，說(shuō)明當(dāng)PVDF偏多或偏少時(shí)，漿料中顆粒分散結(jié)構(gòu)都容易遭到破壞、不穩(wěn)定性增強(qiáng)。

因?yàn)楫?dāng)漿料中PVDF含量較低的時(shí)候，導(dǎo)電炭黑材料與LFP之間的黏結(jié)力較弱，容易發(fā)生分離團(tuán)聚，從而導(dǎo)致觸變恢復(fù)性較差；當(dāng)漿料中PVDF含量較高的時(shí)候，會(huì)使得導(dǎo)電炭黑材料的顆粒更傾向于與大量PVDF纏結(jié)在一起，從而在LFP的表面形成團(tuán)聚體；只有當(dāng)漿料中的PVDF適量時(shí)才可以使得導(dǎo)電炭黑材料緊密均勻地黏附在LFP表面，形成更穩(wěn)定的界面結(jié)構(gòu)。

結(jié)論

結(jié)果表明，隨著PVDF含量的新增，正極漿料的剪切黏度增大，流動(dòng)性變差，觸變恢復(fù)率先變大后變小，說(shuō)明只有添加適量的PVDF，才能夠使得漿料中的顆粒形成均勻穩(wěn)定的分散結(jié)構(gòu)。關(guān)于漿料流變性能的研究結(jié)果可以為合漿配料供應(yīng)重要參考，確定黏結(jié)劑的添加量時(shí)要綜合考慮漿料的黏度、流動(dòng)性和分散穩(wěn)定性。