應用筆記 電池包覆漿料(slurry)的穩定性研究 

鋰電池漿料的穩定性，決定了陽極和陰極的良率與導電表現。 

利用MultiScan MS 20.分析鋰鈷鎳等金屬顆粒在液體裡的分散穩定性，MS20提供了時間與位置相關的透射和反向散射光強度，用於判斷漿料是否為穩定，並可接續進行後續製程的狀態。 

MS 20可以在很短的時間內確定電池漿料(slurry)配方是否品質達到標準，對於開發與優化電池漿料提供客觀可靠的訊息。 

1.背景 

電動汽車是達成減碳的關鍵政策之一，已被多國寫入政策規章裡，預估在2023年底電動車在車輛中的市占率會以迅雷不及掩耳的速度突破15%，在未來十年內大量取代內燃車。  

然而，電動車的技術瓶頸在於鋰電池的性能，為了提升鋰電池的性能，車廠與科學家們付出了巨大的努力，在世界各地的實驗室進行改進電池的實驗，例如優化陽極和陰極 [1]。 


鋰電池是最廣泛使用在電動車上的電池系統 [2]。  


電極由微米級或奈米級的金屬粉末(如鋰鈷鎳鐵錳)，與高黏度聚合物溶液形成的電池漿料塗佈在銅板上而成。  

這些“塗層漿料”含有很大比例不同成分、尺寸和形狀的固體顆粒。 

為了方便電極的製作，並保證產品的可重現性，電池漿料是否均勻和穩定至關重要。 

因此，在開發過程中電池漿料(slurry)，有必要研究分散的穩定性。  

其中，具有挑戰性的是，金屬粉末在電池漿料中的沉澱效應是非常難以量測的，通常數週內甚至幾個月內，肉眼不可見，這使得需要先進的科學技術幫助產品的開發過程。 

 

分散穩定性分析系統MultiScan來自 DataPhysics Instruments 的 MS 20 

(圖2)，與其配套的軟體MSC，是徹底解決電池漿料穩定性的理想合作夥伴。 

 

這是台能夠檢測到最細微的變化色散的儀器，從而允許客觀的調查並評估任何發生的固液相材料的分離現象，如金屬粉末沉澱和啤酒發泡。  

 

2.實驗 

將電池漿料填充到標準樣品容器中（最大體積27 毫升），然後將其放入其中一個系統的“掃描塔”。  

塔樓包含一個掃描單元，由透射和反向散射 LED連同向上移動的檢測器，並沿著樣品的垂直面向下容器（沿 z 軸）在用戶設定的時間間隔中進行掃描。  

這允許檢測透射和反向散射訊號之於位置的光譜，（見圖 3，圖 4 和圖 5）。 

在這裡描述的實驗中，對兩種電池漿料的不同配方進行了穩定性研究。  

以此目的，在各容器中，放入電池漿液各20ml到標準樣品容器中，並放入進入掃描塔，其中溫度已設置為 T = 25 °C。 

  

一個測量設置了計劃掃描的排程，每 5 分鐘一次，總測量時間為26小時（漿料1）或120小時（漿料2）。  

掃描的 z 軸範圍是0 mm（樣品底部容器）和 50 毫米（液位）之間。 

 

 

3.結果 

圖 3 顯示了透射圖和反向散射強度圖與電池漿料掃描位置，顏色-編碼表示時間記錄光訊號強度的概況（紅色：t = 0 s，紫色：t = 26 h）。 

泥漿 1 的透射曲線（圖 3，頂部）顯示恆定的平均強度Itr = 0 % 的值，在實驗過程中不會改變。  

這可以用渾濁度來解釋，電池漿料因混濁，而防止任何入射光的透射。 

背向散射圖（圖3，底部），另一方面，顯示了清晰的時間依存性和位置依賴 

強度訊號的變化，這表明電池漿料並不穩定。  

 

在背向散射中更為明顯，仔細觀察形狀圖 4 中的反向散射曲線看到反向散射的訊號在頂部漸減，底部漸增，這表明樣品隨時間沉澱（見圖 1 右）。 

因此，可能的進一步分析步驟可能是沉降的測定，使用MSC 軟體中的前端分析選項遷移前線，進行沉降速率分析。 

對於第二個研究樣本，電池漿料2，情況看起來完全不同的。  

如圖 5 所示，對於電池漿液2的透射與反向散射強度沒有變化，整個測量過程中的變化時間120小時。  

這表明漿液 2 非常穩定，因此是電池的理想選擇塗層。 

 

4.結論 

使用分散穩定性分析系統DataPhysics 的 MultiScan MS 20儀器和相應的MSC 

兩種軟體的穩定性不同，對電池漿料進行了研究和比較。 

記錄透射和反向散射，一段時間的強度分佈，分別為 26 小時和 120 小時。 

漿液（樣品 2）可以被識別為穩定的配方，而樣本 1顯然是不穩定的。 

由於兩種漿液的濁度，漿液 1在透射中沒有看到數據，但看起來很明顯在（相對）反向散射剖面顯示明顯變化(幾個小時後)，同時泥漿 2 在量測期間沒有變化，整個測量時間為5天。 

分散穩定性分析系統 Multi-DataPhysics Instruments MS 20有助於快速預測樣品的長期穩定性，從而保證時間和具有成本效益的產品開發。 

 

References 

[1] Liu, D. , Chen, L. , Liu, T. , Fan, T. , Tsou, E. and Tiu, C. (2014) An Effective Mixing 

for Lithium Ion Battery Slurries. 

Advances in Chemical Engineering and Science, 4, 515-528. 

[2] Brodd R.J. (2009) Synopsis of the Lithium-Ion Battery Markets. In: Yoshio M., 

Brodd R. J., Kozawa A. (Eds.) Lithium-Ion Batteries. Springer, New York, NY  


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