搅拌过程中粘结剂上浮的宏观表现

在锂电池极片制备的搅拌工序中，粘结剂上浮是影响浆料均一性的典型工艺缺陷。该现象表现为粘结剂在浆料体系中发生非均匀分布，呈现向表层富集的趋势，若未得到有效控制，将直接导致后续涂布工序中极片出现表面粘滞、局部缺胶等质量问题，进而影响电池的电化学性能。

一.粘结剂上浮的表现

在浆料搅拌完成后或静置期间，如果发生粘结剂上浮，可以通过以下现象直观地观察到：

1.浆料分层：

浆料无法保持均一的悬浮状态，静置一段时间后（从几分钟到几小时不等），会出现上稀下稠的分层现象。上层看起来颜色更浅、更稀薄，类似于清液或稀释的胶水，其主要成分是溶剂和上浮的粘结剂。下层颜色更深、更粘稠，含有大量因粘结剂上浮而失去束缚的活性物质和导电剂，沉降到容器底部。

2.浆料表面结皮

在浆料与空气接触的液面上，会形成一层半透明或乳白色的、有韧性的凝胶状薄膜。这层“皮”就是上浮到表面的粘结剂（如PVDF）在溶剂挥发后重新凝聚形成的。

3.颜色不均

均匀的浆料应具有单一、一致的色泽（如黑灰色）。发生粘结剂上浮的浆料，在搅拌釜壁、刮刀上或取样查看时，会看到颜色深浅不一，甚至有明显的色带。

4.粘度变化异常

在搅拌过程中或搅拌结束后，浆料的粘度会发生不稳定变化。可能表现为粘度迅速下降，或者局部凝胶化。

二.形成原因

1.搅拌温度 

温度过高：如常规正极浆料体系。高温会使溶剂（NMP）挥发速度大大加快。溶剂的损失破坏了原有的配方平衡，导致浆料局部固含量升高，粘度增大，流动性变差，破坏了溶解平衡。高分子聚合物的溶解度通常与温度相关。对于PVDF/NMP体系，温度过高可能会改变高分子链的舒展状态，甚至导致其溶解性略微下降，从溶液中“析出”的倾向增加。

温度过低：还拿正极搅拌举例。温度过低PVDF在NMP中的溶解速度会变慢，溶解不充分的PVDF颗粒在浆料中无法形成均匀的网络结构，更容易发生聚集和相分离。

2.搅拌转速

转速过高：转速过高（剪切力过大），这会撕断粘结剂分子链形成结构。一旦结构网络被破坏，被释放出来的固体颗粒因密度大而下沉，而断裂的聚合物链段和团簇则可能在浮力或离心力作用下上浮。并且转速过快也会引发搅拌温度升高的问题。且过快浆料离心力也会发生变化，密度不同的组分会产生离心分离倾向，密度较小的粘结剂相被推向轴心或液面。

转速过低：无法提供足够的剪切力来打碎导电剂的团聚体，也无法使粘结剂溶液与固体颗粒充分浸润和混合。

3.搅拌时间

时间过长：过长的搅拌时间也意味着粘结剂网络结构长时间承受剪切力，存在疲劳断裂的风险，其效果等同于过高的转速，相应的温度也会有升高趋势。

时间过短：粘结剂未完全溶解分散，活性物质和导电剂团聚，体未打开，热力学不稳定，停止搅拌会迅速相分离，粘结剂可能未与固体颗粒结合便上浮。

小结：粘结剂上浮的本质是浆料体系的稳定性被破坏，发生了相分离。其根本原因在于粘结剂、溶剂和固体颗粒之间的相互作用力失衡。而引起这一现象通常也与搅拌过程中的时间-温度-转速有关。