鋰離子電池目前在充電電池市場上為主導地位。  它可以應用在許多方面，包括消費電子產品、電動汽車和工業設備。由於近年來大量採用鋰離子電池，電池技術成為不同研究領域的焦，旨在改善電池的壽命、性能和安全性。   

一個關鍵的研究領域是改進電極的加工和製造。  具體來說，研究人員專注於優化電極製造過程，這包含將活性固體陰極或陽極顆粒與黏著劑、添加劑和溶劑混合，形成具有複雜、非牛頓流動特性的漿液。一個關鍵的研究領域是改進電極的加工和製造。具體來說，研究人員專注於優化電極製造過程，這包含將活性固體陰極或陽極顆粒與黏著劑、添加劑和溶劑混合，形成具有複雜、非牛頓流動特性的漿液。這些漿液的高效加工高度依賴於對漿液流動特性的理解程度，也稱為它們的流變曲線。   

詳細了解漿料的流變性可以更好地控製漿液的儲存穩定性，防止沉澱、可泵送性和可運輸性，以及形成均勻、無缺陷的隔膜的能力，並提高塗層重量。這些測量有助於簡化優化加工流程，並使研究人員在開發突破電池性能的新材料時，能夠得出有意義的結構-性能關係。以下的研究強調主要研究人員的工作，因為他們利用流變學來改善電池材料的開發、處理和加工。  

所有鋰離子電池都需要用漿液進行陰極塗層。現代工業電池製造在陰極上使用狹縫塗層，其狹縫頭用光滑、均勻的漿液均勻地塗層。隨著更快、更有效的鋰離子電池製造的需求增長，橡樹嶺國家實驗室和田納西大學的研究人員 Hawley 和 Li 試圖經由提高溫度來降低陰極漿液的黏性，來加快狹縫頭塗層的速度。1 降低漿液的黏性可獲得最大的應用速度和最小的缺陷，例如空氣含量和厚度變化。該團隊使用 TA Instruments 的Discovery 混合流變儀 (DHR) 將漿液溫度從 25℃ 提高到 75℃，發現在 60℃ 時黏性降低了 23%，有可能將塗層速度增加約 14%，這將轉化為更快的電極產生速度，同時在「長期循環且高速放電測試中保持相當的容量」。漿液的降伏強度和平衡儲存模量在 25°C 和 60°C 之間只增加「提供活性材料更高的抗沉積能力的額外好處」。

全固態電池是一種新的設計，用固體電極和固體電解質代替傳統的液體或聚合物凝膠電極和電解質。來自范德比大學機械工程、材料科學、化學和生物分子工程系的研究人員調查了所有固態電池 (ASSBs) 中複合電極的油墨方式。 2 複合電極的可擴展製造依賴於創造一種將電極的固體材料、黏合劑和溶劑相結合的油墨。油墨工程包括優化油墨的流變性、聚集行為和穩定性，以滿足所需的塗層加工，從而提高 ASSBs 中複合電極的性能。  

由 Shen、Dixit、Zaman、Hortance、Rogers 和 Hatzell 組成的范德比團隊使用 TA Instruments 的 Discovery 混合流變儀來評估溶劑和黏合劑的不同組合。他們發現松油醇溶劑和聚乙烯醇縮丁醛 (PVB) 黏合劑的組合在電池業不常見，提供「改進的潤濕性和固-固界面的黏附性」，以及「改進的動態表面張力和流變學，來改善電極和容量性能」。流變學測量幫助他們確認這種理想的組合。流變學對於設計用於製造的電極油墨和確定可允許的加工條件非常重要。  

蒙特利爾大學化學系的研究人員 Khakani、Verdier、Lepage、Rochefort、Prébé、Aymé-Perrot和Dollé、Hutchinson 和 Total SA 採取不同的方法，他們設計一種無溶劑加工來簡化複合鋰離子電池電極的製造，這種加工更具環境永續性和成本效益。3 他們的乾式加工使用聚合物加工助劑 (PPA)，並規避了溶劑型濕電極加工的傳統問題。他們的乾塗層需要具有足夠黏性的均勻混合物才能均勻地塗覆電極。TA Instruments 的 Discovery 混合流變儀 (DHR) 幫助研究人員優化他們的混合物並定義應用混合物所需的剪切力範圍。他們得到的混合物具有理想的黏彈性，並在全電池測試中被證明是成功的，為更環保和低成本的電池製造做好準備。  

儘管大多數商業電池使用液態有機電解質，但這些有機溶劑是可燃的，並且不是所有都適用。固體聚合物電解質 (SPEs) 正在被研究來作為一種更安全的替代品，它具有低可燃性和優越的機械性能，可以幫助抑制樹枝狀結晶的形成。

伊利諾大學香檳分校的 Brian Jing 和 Christopher Evans 從具有動態共價交聯的聚合物網路中開發出 SPEs，用永續和可回收的方式改善電解質的安全性和性能。4 他們開發出聚氧化乙烯 (PEO) 網路，並研究 LiTFSI 鹽對其過渡溫度的影響。

成功設計電池材料的一個關鍵，是了解材料在不同溫度下的變化。這對基於 PEO 材料來說更重要，因為在加熱過程中模量會大幅下降。  Jing 和 Evans 使用 TA Instruments 的 Discovery 混合流變儀來確定他們的PEO 的 SPE 模量會隨溫度而變化。他們觀察到，雖然材料在更高的溫度下變得更軟、更易流動，但最終材料的剪切模量卻大於1 MPa。這是一個重要的成果，因為這些材料的高模量可能有助於在電池的高階使用溫度下抑制樹枝狀結晶的形成，並且網路化學確保高導電性。

使用硼酸酯形成動態共價交聯也使他們能夠在 30 分鐘內將電解質溶解在純水中並回收原始單體。該電解質在機械損傷後還能自我修復，保留 95% 以上的導電和機械性能，進一步增加目前該產業為實現更永續電池的可回收和可再加工材料的發展。

如研究實例所示，鋰離子電池的高需求正推向全球製造的極限，這使得在材料開發階段如何優化加工變得更重要。隨著創新的速度有突破性的發展，全球各地的實驗室都在努力開發性能和安全性平衡的電池。這些範例說明流變學如何成為科學家工具中的一項關鍵技術，可用於設計和高效生產更安全、性能更好的電池。他們研究背後的驅動因素 – 更快的製造、更高的安全性、卓越的終端使用品質 – 都不會消失。當我們持續改良電池的生產和產品時，電池科學家可以很自信地學習和採用已突破的技術。   

TA Instruments 很榮幸能夠經由我們業界領先的流變儀來支持這些努力，我們的流變儀提供絕佳的測量精度，同時搭配許多配件來保持高通用性，並提供良好的使用者體驗。請前往我們的電池材料測試網頁，了解更多為未來發現電池提供動力的儀器。請下載我們的電池測試手冊，了解更多有關高級測試技術資訊，並聯繫我們的專家了解適合您實驗室的最佳儀器。