利用DVNEXTCP锥板粘度计测量锂电池电解液的粘度

锂电池电解液简介

锂离子电池是继铅酸电池、镉镍电池及氢镍电池之后的新一代二次电池，具有工作电压高、容量高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、环境污染小及工作温度范围宽等显著优点，自问世以来已广泛应用于移动电话、笔记本电脑等便携式电子设备中。电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，号称锂电池的“血液”，在正负极之间起到传到电子的作用，是电池储能及能量转化的核心，以及电池获得高电压、高比能等优点的保证。电解液一般由电解质锂盐（提供载流离子Li+）、高纯度的有机溶剂（解离锂盐、提供Li+传输介质）、必要的添加剂等原料（改善性能），在一定的工艺条件下，按一定的比例配制并加工而成。

 

 

电解液粘度测定及流变学研究的意义

电解液作为锂电池的重要组成部分，起着连接着正负极、氧气溶解在电解液中、锂离子传输等重要作用，其基础性能对锂电池的充放电反应和循环性能具有十分重要的影响。电解液的粘度是评价电解液性能的重要参数指标之一，粘度大小直接影响离子在电解液中迁移的速率。粘度越小，离子与氧气在电解液中的传输越快；电解液粘度过高，会阻碍电池内氧气与离子的传输，导致与锂负极的化学相容性相对较差，并与锂负极发生一定的副反应，进而影响电池循环性能。

电解液的电导率与粘度成反比关系，电解液粘度越大，电导率越低；相反，电解液粘度越小，电导率越高。影响电解液粘度的因素包括：有机溶剂的种类和配方；锂盐的种类和浓度；添加剂的种类和用量，此外，锂电池充放电过程中电解液产生的杂质会使体系的粘度不断增加，影响离子传输速率。因此，在电解液的研发和生产过程中，必须对电解液进行优化配制，注意控制电解液杂质的产生，提高体系电池循环性能的同时降低粘度、提高电导率以及提高其与锂负极的化学相容性。

 

电解液粘度测定

本文使用DVNextCP锥板粘度计+恒温水浴测量4种电解液在25℃条件下的粘度，帮助用户建立锂电池电解液的生产及制备工艺过程中产品质量控制的粘度测试方法。

 

1、仪器配置

仪器：DVNextCP锥板粘度计

控温：TC-650恒温水浴

软件：Rheocalc T控制软件

 

      

 

2、测试方法

TC-650水浴循环系统用于控制样品温度（测试温度为25℃），使用Rheocalc T软件连接主机，进行程序编辑及数据采集，绘制粘度变化曲线。

取一定量的电解液于样品杯中，将样品杯固定到粘度计上，然后连接粘度计主机和TC-650水浴循环系统。在Rheocalc T 软件上编辑相应的测试程序，待样品温度稳定后开始测量。使用“Multi Point”功能采集数据，“Test Averaging”功能计算粘度平均值，并观察和分析测试过程中仪器稳定性及数据波动。

 

 

 

根据图2及表1可知，四种电解液在在不同的剪切率条件下测得的粘度值分别为0.34cP，25.74cP，2.03cP，228.3cP；测试过程中，数据波动非常小，即使是在测量粘度值小于1cP 的样品1#时，相对标准偏差仅为1.14%，其他几个样品的RSD均小于0.5%。Brookfield数显粘度计的连续感应器可以保证测试数据输出的实时性和准确性。

锥板粘度计测试所需样品体积仅为0.5-2.0 mL（具体的样品量与所使用的转子型号相关），特别适用于微量样品的粘度测试，可有效减少电解液的消耗；锥板粘度计使用锥形转子及配套的样品杯，可以计算精确的剪切率和剪切应力，得到绝对粘度；由于样品量很少，可实现快速恒温，有效提高测试效率。TC-650循环水浴系统的控温精度可达0.01℃，为粘度测试提供准确及稳定的温度条件。