搅拌浆料评估三要素

作为锂电池制造的第一道关键工序，浆料搅拌的质量对电池性能有着直接影响。其中，黏度、固含量和颗粒度是衡量与调控浆料品质的三大核心要素，它们相互关联、相互制约，共同决定了浆料的分散均匀性、涂布工艺性和最终电池的电化学性能。

一.黏度

黏度是流体内部阻碍其流动的程度，定义为剪切应力与剪切速率的比值（η = τ/γ）。在锂电池浆料中，黏度并非一个固定值，而是剪切速率的函数。单位通常以mPa·s表示。它直接影响浆料的涂覆效果、极片均匀性，甚至后续干燥工艺的效率，是浆料搅拌中最易调控也最需精准把控的参数。

图1.黏度测试仪器

1. 定义与特性

非牛顿流体特性：锂电池浆料属于假塑性流体（剪切变稀），即其表观粘度随剪切速率的增加而降低。这意味着浆料在静止或低剪切（如储存时）下粘度较高，有利于防止沉降；而在高剪切（如涂布时）下粘度降低，便于流动和均匀涂覆。

关键影响：黏度直接影响浆料的流动性、分散均匀性以及涂布工艺的稳定性。粘度过高会导致涂布困难、拖尾；粘度过低则易造成涂布厚度不均、边缘流挂。

2. 黏度影响因素与调控

固含量：通常，固含量越高，浆料粘度越大。

粘结剂：粘结剂的分子量、分子间极性及用量是主要因素。分子量大、极性强的粘结剂（如PVDF）会显著增加粘度。

导电剂：导电剂（如炭黑）的粒度、比表面积和分散性影响粘度。不易分散的导电剂会增加粘度。

溶剂与分散剂：溶剂的种类和分散剂的加入量直接影响体系的溶解和分散状态，从而改变粘度。

温度：温度升高通常会使浆料粘度下降。

工艺：搅拌时间、速度及剪切强度对最终粘度有决定性影响。随着搅拌进行，粘度会趋于一个稳定值，标志着分散均匀

3.黏度对工艺的影响

对涂覆工艺而言，黏度需适配涂覆方式（刮刀涂覆、狭缝涂覆等）与极片厚度需求。黏度过高时，浆料流动性差，易导致涂覆层出现条纹、结块，甚至堵塞涂覆设备喷嘴；干燥后极片易产生裂纹、脱落，影响活性物质与集流体的结合力。黏度过低则相反，浆料易出现流挂、漏液现象，涂覆层厚度不均，薄处易导致极片容量不足，厚处则可能在辊压后出现结构破损。

二.固含量

固含量是指浆料中固体物质（活性物质、导电剂、粘结剂等）占总浆料质量的百分比。固含越高，单位体积浆料中活性物质越多，极片能量密度越高；但固含过高会直接影响浆料流动性，与黏度形成强耦合关系。

图2.固含量测试仪器

1. 定义与重要性

理论值与实际值：投料时的理论计算固含量通常小于搅拌完成后的实际出货固含量。

核心作用：固含量是决定浆料粘度、密度、涂布厚度和电池能量密度的基础参数

2.固含量对电池的影响

对浆料本身的影响：

粘度与流动性：固含量提高，粘度显著增大，流动性变差。

分散性：高固含量下颗粒间相互作用增强，导电剂等纳米颗粒更容易团聚，需要更强的分散力（如高速剪切、球磨）才能实现均匀分散。

稳定性：高固含量带来的高粘度有助于抑制颗粒沉降，提高浆料储存稳定性。低固含量浆料则可能因粘度低而易分层。

对极片与电池性能的影响：

涂布与干燥：高固含量可一次获得较厚涂层，提升效率，但干燥时内部溶剂挥发慢，易产生裂纹；低固含量干燥容易但能耗高、效率低。

极片结构：固含量影响极片孔隙率。过高可能导致孔隙率低，影响电解液浸润和离子传输；过低则活性物质比例低，能量密度下降。

固含过低时，浆料中溶剂占比过高，不仅会降低极片能量密度，还会增加干燥工艺的能耗与时间，干燥后极片致密度不足，导电网络松散，导致电池内阻升高、充放电效率下降。固含过高则会使浆料黏度急剧上升，流动性变差，难以实现均匀搅拌与涂覆，且极片干燥后易出现收缩、开裂，粘结剂无法充分包裹活性物质，影响极片循环稳定性。

三.颗粒度

颗粒度，特别是D50（浆料中50%体积颗粒所对应的粒径大小范围），是表征浆料中固体颗粒（活性物质、导电剂）分散程度和团聚状态的关键指标。图3.颗粒度测试方法

1. 定义与意义

细度：在工业中常用“细度”来指代浆料的分散程度，它直接影响涂膜表面质量、均匀性和储存稳定性。

理想状态：浆料中的固体颗粒应以接近原材料的微小粒径均匀分散。颗粒越细、分散越好，涂层越均匀平整，储存中越不易沉淀结块

2.颗粒度对电池性能的影响

颗粒度过大时，活性物质表面积减小，与电解液的接触面积不足，电化学反应速率降低，电池充放电倍率性能变差；同时，大颗粒易在涂覆后形成局部凸起，辊压时易导致极片破损，甚至刺穿隔膜引发短路。颗粒度过小或分布不均，则会增加颗粒间的团聚概率，导致浆料黏度异常升高，且小颗粒易在干燥过程中聚集，破坏极片导电网络，增加电池内阻。

小结：综上，浆料搅拌的核心并非单一优化某一要素，而是实现黏度、固含、颗粒度的协同平衡。固含量是基础，它设定了粘度和分散难度的基调。粘度是工艺性的体现，需要在涂布所需的剪切变稀特性与储存所需的稳定性之间取得平衡，而这很大程度上由固含量和分散程度决定。颗粒度是分散效果的终极检验，理想的颗粒度是实现高固含量下低粘度、高均匀性的关键，这依赖于高效的搅拌分散工艺。