锂电池浆料必须了解的理论知识（一）

一、胶体理论

导致胶体粒子团聚的主要作用，是来自粒子间的范德华力，若要增加胶体粒子稳定性，则由两个途径，一是增加胶体粒子间的静电排斥力，二为使粉体间产生空间位阻，以这两种方式阻绝粉体的团聚。

最简单的胶体系统系由一分散相与一相分散媒介所构成，其中分散相尺度范围于10-9~10-6m间。胶体内的物质存在于系统内需具有一定程度以上的分散能力。根据溶剂与分散相的不同而可产生多种不同的胶体型态，如：雾气即为液滴分散于气体中之气胶、牙膏即固态高分子微粒分散在液体中的溶胶。

胶体的应用在生活中比比皆是，而胶体的物理特性需视分散相与分散介质的不同而有所差异。从微观角度观察胶体，胶体粒子并非处于恒定状态，而是在介质内随机运动，这便是我们所称的布朗运动(Brownianmotion)。绝对零度以上，胶体粒子均会因热运动而发生布朗运动，这便是微观胶体的动力学特性。胶体粒子因布朗运动而产生碰撞，是为团聚(aggregate)发生的契机，而胶体粒子在热力学上处于不稳定状态，因而粒子间的交互作用力为分散的关键因素之一。

1-1，胶体动力学性质

布朗运动起始自19世纪初，植物学家布朗由显微镜观察到花粉粒子在水中的不规则运动得名。粒子因温度而造成布朗运动后将产生碰撞行为，由粒子表面的范德华力引起团聚现象。胶体的凝聚速率与以下两者有密切的关系：

1）胶体粒子间彼此碰撞的频率，

2）粒子经碰撞后，产生的热能是否足以克服胶体间的排斥能量。

Smoluchowski提出胶体快速凝聚理论，是由浓度差造成扩散速率所控制。

胶体粒子团聚的速率为：

(1)

n表示在时间t时，单位体积溶液所含的胶体粒子数，k2为二次反应速率常数(second-orderrateconstant)。

由于团聚使得溶液中的胶体粒子浓度减少，因此以表示为负号。当t=0，n=n0,积分上式可得：

(2)

胶体部分团聚后，由于排斥能障将随粒子的粒径增加而成长，溶液将达到平衡，使得凝聚速率下降。假设胶体粒子为单一粒径，并只考虑两粒子间的碰撞时：

(3)

a为胶体粒子半径，D为布朗扩散系数，假设为球形粒子，由爱因斯坦扩散定律，可得：

(4)

将(4)代入(3)后，n代入(2)式化简得到：

(5)

K02为扩散速率拉制时的胶体凝聚速率(不考虑能障时的速率常数)，μf为水溶液黏度。并由(1)及(5)式可计算出团聚时间tF为：

(6)