簡介

      鋰電漿料網絡結構的穩定性對于電池的性能至關重要。良好的網絡結構有助于活性物質、導電劑和黏結劑之間的有效接觸，從而提供必要的電子和離子通道，保證電子和離子傳輸高效；另外穩定的網絡結構可以防止顆粒在儲存、泵送、涂布、恢復過程中重新聚集。以上性能對于電池的充放電性能和循環壽命至關重要。

     開發直接評估測試鋰電漿料網絡結構穩定性的方案，實現鋰電漿料制程前端的評估，減少由于漿料不合格造成的不良極片就顯得尤其重要；另外，我們也可以通過評估不同漿料網絡結構穩定性，揭示不同物料/工藝對漿料導電網絡穩定性的影響，從而開發更良的配方/工藝的鋰電漿料。

實驗

     TA儀器的阻抗-流變聯用技術是通過給樣品施加一定頻率的剪切力和對應頻率的交流電，測試樣品的流動曲線、黏彈性，以評估漿料的流動性，確保涂布的均勻性。但不同于傳統旋轉流變儀在鋰電漿料的使用，阻抗-流變可以同步評估漿料在對應剪切速率下的阻抗信息，得到漿料阻抗隨剪切力變化的數據，從而分析樣品導電網絡結構穩定性、活性物質分散均勻性。

此次我們分享兩個測試示例，揭示不同配方和工藝對漿料導電網絡結構/活性物質分散均勻性的影響。

測試案例1

不同工藝對不同固含量漿料導電網絡結構的影響

正極漿料配比信息：

NMC:PVDF:CB = 90:5:5        NMP solvent

圖1-1

       旋轉流變流動測試顯示，不同攪拌工藝的固含量為40%漿料在屈服應力和流動曲線方面表現出較為一致的流變特性(圖1-2中A圖)。對于固含量為50%的漿料，不同攪拌工藝的漿料在低剪切速率下存在差異(圖1-2中C圖)，而在高剪切速率下則無顯著區別。也即，從旋轉流變儀流動曲線測試，不足以評估不同攪拌工藝對漿料的影響。

     TA儀器的阻抗-流變可在獲取漿料黏彈性的同時，獲取不同剪切速率下的漿料阻抗信息：基于不同的攪拌工藝，40%和50%固含量的漿料在不同剪切速率下阻抗特性上顯示出明顯差異(圖1-2中B圖和D圖)。具體而言，行星式攪拌器(圓圈)在整個交流電頻率范圍內表現出較低的阻抗。對于50%固含量的漿料，不同攪拌工藝對阻抗的影響更為明顯(圖1-2中D圖)，尤其在高頻段，差異明顯。

圖1-2

小結：通過TA儀器的阻抗-流變測試顯示，行星攪拌器對NMC:PVDF:CB = 90:5:5配比的漿料攪拌效果更佳，尤其在高固含量的漿料中，優勢更加明顯。

測試案例2

不同碳納米管CNT含量對漿料導電網絡穩定性的影響

      碳納米管的特殊的結構和高導電性可以實現少量添即可改善電池充放電效率和循環壽命。此次以不同含量的CNT添加劑制備漿料的測試對比，研究CNT含量對漿料導電網絡結構穩定性的影響。

樣品信息：分別以2%wt和4%wt碳納米管添加量所制備的正極漿料4%wt碳納米管漿料表現出較高的黏度(相較2%wt碳納米管漿料)，這與預期相符(圖2-1)

圖2-1

      進一步通過不同剪切速率下的阻抗信息顯示，在高剪切條件下，兩種漿料的電阻均顯著增加，表明導電網絡機構發生崩塌。同時我們發現2%wt碳納米管漿料的奈奎斯特圖在高速剪切后恢復，與初始狀態低剪切的阻抗一致，表明2%wt碳納米管漿料的導電網絡在高速剪切后完全恢復。相比之下，4%wt碳納米管漿料在高速剪切后，阻抗明顯降低，說明4%wt的漿料導電網絡網絡發生了重新排列。

圖2-2

       通過阻抗-流變測試結果顯示，在涂布過程中，2%碳納米管漿料網絡結構在經歷高速剪切后可以恢復，也進一步說明此漿料混合攪拌已達到均勻。4%碳納米管漿料的導電網絡結構在經歷高剪切后會發生重構，這表明該漿料可能存在攪拌不充分或碳納米管添加過量的問題。

總結

      TA儀器2024年全新上市的Rheo-IS流變-阻抗譜，通過旋轉流變和阻抗的聯用，可幫助用戶在獲取鋰電漿料流變曲線、黏彈性等物理性能的同時，得到對應剪切速率下的阻抗信息，揭示不同配方/工藝的漿料網絡結構穩定性和活性物質分散均勻性。

       創新的Rheo-IS流變-阻抗譜采用專有的無摩擦設計，無需接觸上板即可同時準確測量流變性能和阻抗信息，且不損耗扭矩。穩定的高頻阻抗測量可進入炭黑導電網，且無需液態電解質進行電接觸。通過先進的帕爾貼設計，實現精確的溫度控制和5分鐘以內的快速更換安裝， 顯著提升了Discovery HR系列混合流變儀的多功能性和易用性。