PVDF用量对浆料流变性能的影响.docx
PVDF用量对浆料流变性能的影响锂电池的正极浆料，通常是由活性材料与导电剂和黏结剂一起在 溶剂中分散后形成的均匀胶状混合物。活性材料具有脱嵌锂离子的特 性，导电剂大多是一些能够增加活性材料导电性的石墨类化合物，而 黏结剂则使得活性材料、导电剂以及集流体之间形成紧密的界面接 触和电子迁移通道。聚偏氟乙烯(PVDF)由于不与电极材料反应，在溶剂中溶解性好并 且具有较高的黏结性，是锂离子电池正极浆料中已经大规模商业化应 用的最常见黏结剂。笔者合浆制作了不同PVDF含量的锂离子电池正 极浆料,并测试研究了 PVDF含量和浆料流变特性能如黏度、流动性、 触变性的关系，分析了 PVDF含量对浆料内部颗粒分散状态的影响。使用小型合浆机对正极浆料进行合浆，合浆前先称取一定量 PVDF粉末加入到20kg NMP溶液中并持续打胶2h形成稳定均匀的透 明胶液，随后加入混合均匀后的9kg LFP和0.5kg SP粉末，在合浆机 中持续搅拌3h后形成稳定均匀的正极浆料。通过改变PVDF含量可以得到不同合浆配比的正极浆料，将PVDF 添加量分别为0.25、0.5、0.75 kg时合浆得到的正极浆料样品分别记 为 PVDF 0.25、PVDF-0.5> PVDF-0.75o一、PVDF含量对正极浆料黏度的影响黏度是正极浆料的重要特性参数之一，能够反映出浆料的分散 性能和加工性能的好坏。图1是不同正极浆料样品在变剪切条件下的 黏度变化曲线。所有的正极浆料都是非牛顿流体，并且在较高剪切速 率下黏度值趋于稳定，此时的黏度被称为极限剪切黏度。S1费为切察件下的贴度变化曲线由图1可见，随着浆料中PVDF含量的增加，浆料的剪切黏度不 断增大,剪切速率为 50S-I 时，PVDF 0.25、PVDF 0.5、PVDF 075样品的黏度分别为0.47、0.7> 0.84Pa S0二、PVDF含量对正极浆料流动性的影响储能模量)是浆料在发生形 变时，由于可逆的弹性形变而储存能量的大小，反映浆料弹性大小。 而损耗模量(G”)是指浆料在发生形变时，由于不可逆的黏性形变而 损耗的能量大小，反映着材料的黏性大小。当G” >G，时，浆料受剪切时主要发生黏性形变，呈现类似液体 的黏性状态；当G”<G，时，浆料受剪切时主要发生弹性形变，呈现 类似固态的状态；当G"=G，时，浆料受剪切时发生黏性形变与弹性 形变相当，呈现典型的凝胶状态，因此该点也被称为胶产出点。图2为不同正极浆料样品的模量变化曲线。由图2可见，随着应力的 增加，浆料从静置时的固体形态逐步转变为液体形态，而且随着PVDF的增大，凝胶产出点越来越小，说明浆料的可流动变得越来越差。图2不同正以装料样品的模量变化曲线三、PVDF含量对正极浆料触变性能的影响浆料在经历高剪切/低剪切/高剪切3个阶段测试过程中表现出的 触变恢复性，反了浆料中分散粒子间的结合力大小以及分散稳定性。 图3是不同正极浆料样品在经历3个阶段触变性的测试曲线。浆料在 经历高速剪切过程前后的黏度变化值被称成触变恢复率。2 PVDf 4) 5 TvDro 75MO" Ir4图3不同正极浆料样品的3个IftfS触变性测试曲线由图 3 可见，PVDF 0.25、PVDF - 0.5、PVDF0.75 样品在改 变测试条件下的触变恢复率分别为77%、97%、73%,说明当PVDF 偏多或偏少时，浆料中颗粒分散结构都容易遭到破坏、不稳定性增强。 因为当浆料中PVDF含量较低的时候，导电炭黑材料与LFP之间的黏 结力较弱，容易发生分离团聚，从而导致触变恢复性较差；当浆料 中PVDF含量较高的时候，会使得导电炭黑材料的颗粒更倾向于与大 量PVDF缠结在一起，从而在LFP的表面形成团聚体；只有当浆料中 的PVDF适量时才可以使得导电炭黑材料紧密均匀地黏附在LFP表面， 形成更 稳定的界面结构。结论结果表明，随着PVDF含量的增加，正极浆料的剪切黏度增 大，流动性变差，触变恢复率先变大后变小，说明只有添加适量的 PVDF,才能够使得浆料中的颗粒形成均匀稳定的分散结构。对于浆料 流变性能的研究结果可以为合浆配料提供重要参考，确定黏结剂的添 加量时要综合考虑浆料的黏度、流动性和分散稳定性。
