浆料的流变性如何影响电极涂布工艺加工性

锂离子电池的浆料是一种具有剪切速率依赖性的非牛顿流体，其流动行为随着剪切速率的变化而改变，表现出假塑性特征，即在剪切作用下表现出粘度降低的行为。浆料的粘度是决定涂布加工性能的关键因素，例如高粘度会导致涂布机压力过高，并会限制涂布速度，弹性行为会导致涂布不稳定，高流动性浆料在涂布后会扩散和坍塌。电极涂布工艺性能不仅涉及涂布机的运转性能，还包括整个涂布过程的各个阶段。因此，浆料的流变性能必须满足包括泵送、过筛、上料、计量、回流和流平等多个工艺步骤的要求，以实现最佳的浆料涂布性能。

涂布工艺过程中的剪切速率范围通常分为三类：  

• 低至中等剪切速率（0.1～1000S-1）— 该范围涵盖泵送和浆料制备等典型工艺，其特点是剪切作用时间较长，持续时间可能从几秒到几十分钟不等。    

• 高剪切速率（1000～100,000S-1）— 该范围涉及过筛、上料以及刮涂和气刀涂布等典型工艺，其特点是剪切作用时间较短，通常在几毫秒的时间尺度内。    

• 超高剪切速率（100,000～2,000,000S-1）— 该范围包括浆料通过刮刀计量的瞬间和挤压涂布浆料流经狭缝的过程，其特点是剪切作用时间极短，可能仅为几微秒。    

在刮刀涂布涂布过程中，剪切速率可由下式计算：

式中，v为涂布速度，h为涂布间隙。对于工业上最常见的狭缝模头涂层，涂布剪切速率可以定义：

式中，Q 是物料的体积流量，b 是涂布宽度，h 是模头狭缝尺寸。实验室涂布机和工业涂布机的涂布剪切速率范围约为500至10000 s^-1。

若浆料的流变性能未能满足上述所有工艺过程的要求，将会导致涂布工艺中出现多种问题：

• 在低剪切速率下，浆料的低粘度可能会导致沉降不稳定问题。    
• 在低剪切速率下，过高的粘度可能会造成泵送和涂布启动时的障碍。    
• 在高剪切速率下，高粘度可能会导致过筛和上料过程中出现问题。    
• 在超高剪切速率下，高粘度可能引起涂料析出和刮痕，同时使得涂布量控制变得困难。    
• 在超高剪切速率下，低粘度可能会导致涂布量分布不均匀。

因此，优化浆料的流变性能对于确保电极涂布工艺的稳定性和效率至关重要。