同步应用流变和阻抗测量对电池浆料进行评估
Morgan Ulrich | Hang Lau | Sarah Cotts
2024 年 3 月 18 日
锂离子电池 (LIB) 通过结合多种活性和非活性材料的多步骤工艺制造。材料选择和工艺条件可极大影响最终的电池性能。对电极而言尤为如此，电极是影响电池性能的最重要的组件之一。电极质量直接影响到整个电池的能量密度和电化学性能。
电极制造异常复杂，涉及将活性材料、粘合剂和导电添加剂混合为浆料并涂敷到金属集电体上。然后将电极干燥并压延 (压实)。在电极制造过程中，浆料配方需要在储存过程中保持稳定、易于分散且可流动，以产生均匀的涂层。表征浆料以获得最佳配方和工艺是提高整个电池性能的关键一步。
流变是对应力作用下材料的流动性和变形行为的研究，在电极浆料的开发和优化中起到至关重要的作用。如之前的博客中所述，电池电极浆料流变涉及测量粘度、触变行为和屈服应力，这三个关键特性可确保适当的涂层和稳定性。
电极性能的另一个重要因素是电导率。锂离子电池阴极通常包含导电添加剂 (如炭黑颗粒)，以弥补活性材料导电性较差的特性。炭黑颗粒在活性颗粒周围聚集并形成渗透网络，以将电子传导至集电器。导电网络结构对最终电极的性能非常重要，但涂层过程中由剪切引起的变化会破坏导电网络。
阻抗谱可对浆料中导电材料的分散情况提供深入了解，但无法解释涂层过程由剪切引起的变化。同时进行流变和电化学阻抗谱可直接测量由剪切引起的微观结构变化、复制浆料涂层条件，并可测量剪切后随时间变化的恢复情况。该测量可确认成品电极中的导电网络得以保持，从而可在电池完全组装前成功预测电极性能。
新型 Discovery 混合流变仪流变-阻抗谱附件在介电阻抗和流变测量方面都能获得无与伦比的数据质量。这种新颖的设计消除了与上部工具电接触的需求 (该需求会限制测量范围)，而是将两个电极放置在下部平板上，并以绝缘的上部平行板夹具作为导体。流变-阻抗附件可在整个 DHR 扭矩灵敏度范围内进行测试，从而实现对粘度、屈服应力、粘弹性和结构恢复的精确表征。
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