温度对锂电池极片的影响
锂离子电池性能受到众多因素的影响，不仅仅包括电池设计、原材料、工艺水平、设备精度等方面，还包括生产环境因素，比如温度、粉尘和水分。即使少量的杂质也会对锂离子电池的循环稳定性和安全性造成不利影响；水分的控制也非常关键，微量水分就会愈电解液发生反应，产生不利影响，商业化锂离子电池在环境水分严格控制的大型干燥间内生产，所有部件在电池组装前都要进行干燥。而温度对电池的影响也是多方面，多工艺过程的。因此，我们必须高度重视生产过程，并严格控制质量。锂电池的生产包括极片制造工艺、电池组装工艺以及最后的注液、预充、化成、老化等。 锂离子电池工艺过程
传统的商业化锂离子电池极片工艺过程为：活性物质，粘结剂和导电剂等混合制备成浆料，然后涂敷在铜或铝集流体两面，经干燥后去除溶剂形成干燥极片，极片颗粒涂层经过压实致密化，再裁切或分条。然后正负极极片和隔膜组装成电池的电芯，封装后注入电解液，经过充放电激活，最后形成产品。具体的电池工艺流程如图1所示。
电池生产工艺流程
提高温度抑制浆料沉降
在锂离子电池浆料中，活性物质、导电剂分散悬浮在溶解了有机物粘结剂的溶剂中，悬浮颗粒受到布朗力、浮力和本身重力作用。
悬浮在流体中的微粒表现出无规则运动，这种微粒的运动称之为布朗运动。液体分子不停地做无规则的运动，不断地随机撞击悬浮微粒。因此，布朗运动是大量分子做无规则运动对悬浮的固体微粒各个方向撞击作用的不均衡性造成的，所以布朗运动是大量液体分子集体行为的结果。悬浮颗粒受到布朗力F作用，表达式如下式所示，其中kB是布朗常量，1.381×10
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B
J/K ；r是悬浮颗粒半径，m；Tabs是绝对温度，K。
颗粒越小，颗粒的表面积越小，同一瞬间，撞击颗粒的液体分子数越少，据统计规律，少量分子同时作用于小颗粒时，它们的合力是不可能平衡的。而且，同一瞬间撞击的分子数越少，其合力越不平衡，又颗粒越小，其质量越小，因而颗粒的加速度越大，运动状态越容易改变，故颗粒越小，布朗运动越明显。
温度越高，液体分子的运动越剧烈，分子撞击颗粒时对颗粒的撞击力越大，因而同一瞬间来自各个不同方向的液体分子对颗粒撞击力越大，小颗粒的运动状态改变越快，故温度越高，布朗运动越明显。
另外，悬浮颗粒还受到重力和浮力的作用，这两者的合力Fg表达式为：
其中，ρp 和 ρm 分别是粒子和溶剂的密度，kg/m；r是悬浮颗粒半径，m；g 是重力加速度，9.81 m/s。
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不规则的布朗运动阻止颗粒沉降，而重力作用使颗粒发生沉降。对于大多数溶剂中的胶体粒子，布朗力占主导地位。然而，对于锂离子电池浆料，许多活性物质颗粒尺寸比较大，而且活性物质(尤其是正极)的密度通常比溶剂(例如NMP)大得多，除非在涂覆前连续搅拌，否则浆料容易发生沉降。
根据以上两个公式可知，减弱甚至避免沉降现象的方法主要包括：(i)选择与活性材料密度相匹配的溶剂，使ρp = ρm ；(ii)减小活性粒子尺寸r；(iii)增加固体含量，从而使介质密度增加；(iv)提高温度。前两种方法需要改变浆料成分，这会影响制造工艺和电化学性能，第三种方法会增加浆料的粘度，从而缩小涂层窗口。第四种方法提高温度，提高了沉降阻力，可以有效抑制沉降。 温度对浆料性质的影响
锂离子电池浆料搅拌工艺要达到以下目的： a、分散活物质和导电剂颗粒团聚体； b、打开导电剂长链，进一步分散链状导电剂；
c、形成最合适的活物质、导电剂和粘结剂彼此之间的排布方式； d、维持浆料最优悬浮结构和成分稳定性，防止沉降和团聚等成分偏析。
导电剂的分布方式如下图所示，锂离子电池浆料分散悬浮液中可能的物质分布存在三种情况：导电剂没有充分分散，保持团聚，被粘结剂包裹会形成大颗粒；导电剂分散但与活性颗粒相互独立；导电剂分散并均匀包覆在活性颗粒表面，这是最理想的情况。 粘结剂与活性物质的相互作用如下图所示：（a）聚合物链与颗粒表面作用，然后聚合物之间的静电作用阻止颗粒的团聚；（b）粘结剂相成三维网络结构，空间位阻作用阻止颗粒的团聚；（c）粘结剂与活性物质颗粒表面作用，将颗粒之间连接在一起，这是浆料形成凝胶结构，粘度比较高，且无法流动。
导电剂分布示意图
随着温度的升高，浆料内部液体分子的无规则热运动、聚合物链的运动和悬浮颗粒的布朗运动都会增加。W. Blake Hawley等研究了温度对NMC532正极浆料流变特性的影响。不同温度下，浆料应力与剪切速率的曲线如图4所示。结果表明，在剪切速率约为1.0 s的范围内，所有温度下流体都表现出剪切应力平台，从而验证了在所有温度范围内浆液都存在屈服应力(见图4)。从25℃到60 ℃范围内，屈服应力随温度的升高而增加，但在75℃时屈服应力下降到25℃的水平。
从25℃到60 ℃范围内，随着温度升高，吸附在颗粒表面的粘结剂形成了较多的颗粒-聚合物联结和纠缠。这些连接使得浆料在屈服应力之前的低剪切速率下具有较大的流动阻力，如下图所示。而在75 ℃时，屈服应力的降低可能是由于颗粒的高振动导致一些聚合物链接被撕裂。
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由于液体不能承受剪切力，因而不能保持其外形的稳定。在外力的作用下，液体发生流动和变形等的性质，称为流变性。实际流体可分为牛顿型流体与非牛顿型流体。所有的气体和大多数的液体都属于牛顿型流体，其剪应力(σ)与速度梯度成正比，比例系数（μ）即为黏度。对于大多数非牛顿型流体，剪应力(σ)与剪切速率(γ)的n次幂成正比，比例系数（K）为稠度系数，指数（n）为流变指数。
根据以上公式对图4所示曲线做拟合，得到不同温度下浆料的流变参数，如表1所示。当n=1时流体为牛顿流体；所有的浆料流变指数n<1，符合剪切变稀行为。当 n 越接近0时，剪切变稀的程度越大。流动指数在40℃至60℃之间最低，，如前所述，在这个温度范围内，粘合剂与固体颗粒的链接随着温度升高增加了，随着剪切速率增加，这种链接迅速减少，剪切变稀程度大。而75℃下，颗粒的高振动动能导致一些聚合物链接被撕裂，剪切速率所能破坏的链接数量有限，剪切变稀程度减弱。同理，由于聚合物与颗粒链接增加，在40℃至50℃之间稠度系数最大。
不同温度下粘度-剪切速率流变曲线如下图所示。温度对粘度的影响可以分为两个区域：低剪切速率粘度(LSV)和高剪切速率粘度(HSV)。在低剪切速率粘度(LSV)区域，从25℃到60 ℃范围内，黏度随温度的升高而增加，但在75℃时黏度下降到25℃的水平。在高剪切速率粘度(HSV)区域，75℃时浆料具备更低的黏度。这些现象如前描述的聚合物与颗粒之间的链接相关。
不同温度下粘度-剪切速率流变曲线
低剪切速率粘度(LSV)会影响涂层的边缘效应，较高的LSV能够消除锯齿边缘，使涂层具有更清晰的边界。另一方面，由于大多数涂布操作都期望采用更高的速度，这相应于更高的剪切速率(即几百s) ，因此，将温度提高到75℃有利于降低黏度，利于涂布操作。另外，因为粘度的变化可以通过加热来抵消，浆料中活性物质的比例可以提高， 固体颗粒浓度增加使溶剂的用量减少，从而可以采用更短的时间、更少的热能和更安全的涂布干燥条件。
虽然浆料加热能够给涂布带来好处，但必须确保所做的极片具有良好的循环性能。如下图所示，在混料和涂布过程中加热使浆料温度适度升高，不会对电极性能产生大的负面影响。
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温度对锂电池极片的影响
