锂离子电池与传统的二次电池如铅酸电池、Ni/Cd电池等相比，在比功率、能量密度及充放电性能方面有着明显的优势 。

而且，锂离子电池还有着循环寿命长、自放电率低、绿色环保等优点，目前已广泛应用于小型用电器中，并正积极向空间技术、国防工业、电动汽车、UPS等领域发展。充电电池市场有望迎来巨大发展，特别是来自于汽车行业的需求。

锂商子电池具有重量相对较轻、环境友好、无记忆效应、不使用时电荷损失缓慢等特点，如果成本能够降低，锂离子电池将具有深厚潜力。

业界已投入了巨大的资源，希望能到2020年年能够将锺离子充电电池的成本降低到低于其他充电技术的水平，全球市场规模预计将达到 600亿美元。

在锂离子电池的生产研发过程中，正负极片的性能对于电池性能影响巨大。而其中正负极 材料特性和相关的加工工艺是最为重要的影响因素。

正负极材料的颗粒大小将会直接影响电池的充放电行为，而相关电池浆料的流变性能又会直接影响流浆液的存储、涂布和加工稳定性。

在锂离子电池的生产过中，正负极片制备是非常关键的步骤，直接影响电池的使用性能。 正极极片和负极极片的生产工艺非常接近，如图 1所示。

图1 锂离子电池极片制备过程

通常第一步是先将由活性物质、粘结剂、导电剂通过搅拌均匀分散于溶剂中，制成电池浆料；

第二步，将电池浆料涂覆在集流体(负极铜箔和正极铝箔)上，然后就是干燥涂层；接下来，将干燥好的极片在重压下压实、压薄，使锂离子电池体积能量密度得以提高，保证粘结剂把活性成份和导电剂紧紧的精粘附在在集流体上；

最后，就是裁片和分切，直接把大卷冷压好的极片在分切机上分切成指定宽度的小卷极片，等待然后把分切好的小卷保存在真空干燥箱中，待下一步使用。混合制备电池浆料、涂布、干燥和压实工艺决定了浆料的均匀性、极片的厚度、机械性能和极片涂层的孔隙度，所以，极片制备过程直接影响了电池的使用性能。

锂离子电池实质上是锂离子在正负极材料之间的一个反复循环"流动"的过程，在这个过程当中，锂离子不断地嵌入电极材料中，同时又需要不断的脱嵌出来，正是这种摇摆式的嵌入和脱嵌过程，才使得锂离子电池能够反复充放电使用。

然而锂离子的脱和嵌是受很多影响因素决定的，比如正负极材料本身的层状结构、电极材料颗粒的形态、以及电极材料颗粒间的堆积状况等，这些影响因素都直接影响到锂离子脱嵌的整个过程，从而对锂离子电池的离子迁移速率、充放电平台产生显著影响。

在这些影响因素当中，正负极材料的颗粒大小无疑是非常重要的，颗粒的大小将会对材料的堆积产生直接的影响，而这种影响导致的空间效应将会直接影响到锂离子的脱嵌，从而影响到电池性能。

图2 两种不同工艺制备的LiNi0.8Co0.2O2正极材料

图2 就是采用不同制备工艺生产的两种正极材料LiNi0.8Co0.2O2，其中a是反应过程中采用胶体磨进行研磨混合，而b是采用普通搅拌的方式进行反应混合。

两种方式得到的颗粒大小通过电镜结果来看差异较大，而下方的激光衍射结果比对 则可以进一步从定量上看出两种材料的粒度大小。

其中采用胶体磨的样品粒度分布较窄，颗粒大小从几百纳米到十微米左右，而采用普通混合的方式则粒径分布要宽很多，从几个微米到一两百微米。这两种样晶在充放电性能上也有着显著 的差异。

图3 两种不同工艺制备的LiNi0.8Co0.2O2正极材料充放电性能

图3就是这两种材料在不同充放电循环次数下电池容量的性能比对，可以看出在相同的情况下 a材料具有更 高的电池容量，而其恰恰具有更小的颗粒和更均匀的粒度分布。

图4 两种不同制备工艺下负极材料Li4Ti5012的粒径分布

图4中a为样品研磨频率偏低，因此其材料主要在几个微米级别，而b材料则研磨频率更高，其颗粒很多达到亚微米的水平，其粒度分布也更宽。

通过两种材料的克放电性能比对可以发现， 在充放电循环100次的情况下，两种材料的库伦效率都是比较接近的，但电池容量的衰减却大大不同。

微米颗粒的样品其电池容量随着充放电次数增加明显发生了衰减，由最开始的160mAh/g下降到150mAh/g，而亚微米材料的在整个充放电进行过程中比较稳定。

电池浆料是整个电池极片制备过程中的最关键的因素。电池浆料是由活性物质、粘结剂、导电剂通过搅拌均匀分散于溶剂中形成，属于典型的高粘稠的固液两相悬浮体系。

对电池浆料的要求，第一是分散均匀性，如果浆料分散不均，有严重的团聚现象，电池的电化学性能受到影响，如若导电剂分布不均匀，电极在充放电过程中，各处电导率不同会发生不同的电化学反应，负极处可能产生较复杂的 SEI膜，可逆容量减小，并伴有局部的过充过放现象或有可能会有锂金属析出，形成安全隐患;粘结剂分布不均，颗粒之间、颗粒与集流体之间粘结力出现过大过小的情况，过小部位电极内阻大，甚至会掉料，最终影响整个电池容量的发挥。

第二，浆料需要具有良好的沉降稳定性和流变特性，满足极片涂布工艺的要求，并得到厚度均一的涂层，要求电池极片中心的厚度要和边缘处的厚度尽量保持一致，这是电池浆料涂布工艺的难点。

在涂布过程中，涂层边缘经常会出现拖尾现象，通常会将拖尾的边缘裁切掉，以保证单位面积内的活性物质的量保持一致。如果在涂层的其他位置出现拖尾现象，不能裁切，在该位置的活性物质减少，会导致局部电压过大。

另外，在涂布过程中，还有可能会出现涂层边缘虽然齐平，但是边缘处的局部厚度过高，这会导致在压实过程中压力分布不均，电池极片的孔隙度和单位面积的容量就会不均一。还有会影响到卷绕或者叠片的层数。

图5 典型的正负极电池浆料剪切粘度与剪切速率关系曲线

电池浆料在储存过程中，浆料中的颗粒只受到重力的作用，剪切速率非常低，通常的剪切速率范围是10-6 -10-2 S-1。

在 储存过程中，低剪切速率范围内的剪切粘度越大，浆料就越稳定。可以通过剪切粘度随时间的关系表征电池浆料的沉降性能。图6是负极电池浆料在低剪切速率 0.1S-1下的剪切粘度随时间的变化关系。

可以看出，负极浆料的剪切粘度随储存时间增加而减小，在储存 3小时18分钟后，剪切粘度由 9.68Pa.s减小到7.215 Pa.s，减小了25%. 说明负极浆料在缓慢沉降。

图7是负极电池浆料在储存 72小时前后剪切粘度曲线对比，可以明显看出储存了 72小时后，在测试的剪切速率范围内剪切粘度都有明显下降，说明浆料沉降非常严重。

图6 负极电池浆料剪切粘度随时阔的变化.剪切速率为0.1S-1

图7 负极电池浆料储存时间对剪切粘度的影响

羧甲基纤维素钠（CMC）是电池浆料配方中的常用助剂，主要起增稠的作用，用于悬浮固体颗粒，阻止沉降，提供存储稳定性。

羧甲基纤维素钠（CMC）溶液需要在低剪切速率范围内具有高粘度，有助于悬浮固体颗粒，降低颗粒的沉降速率。

但是在高剪切速率范围下，需要有较小的剪切粘度，便于涂布。

图8 羧甲基纤维素钠（CMC）溶液剪切粘度曲线

图8是3%浓度的羧甲基纤维素钠（CMC）溶液的剪切粘度曲线，可以看出，羧甲基纤维素钠（CMC）溶液具有剪切变稀行为，在剪切速率范围，剪切浓度趋于稳定，即零剪切粘度。