粘度是流體內部阻礙其流動的程度大小，其定義公式為：粘度η=剪切應力τ/剪切速率
而剪切應力τ是流體在剪切流動中單位面積切線上受到的力，如圖1所示，其定義式為：
剪切速率是流體層間運動速度梯度，是流體運動快慢的表征，在剪切力作用下，流體沿x軸方向流動，流層間的速度分布如圖2所示，則剪切速率γ為：
最常見的是牛頓流體（如水、大部分有機溶劑等），其特點是：剪切應力與剪切速率的關系呈直線正相關，在給定溫度下流體粘度與剪切速率無關。非牛頓流體的粘度受剪切速率的影響，假塑性（塑性）流體：粘度隨剪切速率的增加而降低（稱為剪切變稀）；膨脹性流體：粘度隨剪切速率的增加而升高（稱為剪切變稠）。
鋰電池漿料是剪切變稀的非牛頓流體，粘度隨剪切速率的增加而降低，因此，一般所說漿料的粘度都應該限定剪切速率條件。實際影響涂布效果的粘度是在涂布工藝實際的剪切速率下的粘度值。
從微觀上看，粘度就是懸浮液顆粒之間的相互作用產生的。典型的電極漿料由活性材料、炭黑添加劑和聚合物粘合劑，以及溶劑組成。顆粒間膠體相互作用決定了顆粒的自組裝行為及其整體流變特性。大分子聚合物與炭黑導電劑顆粒之間的膠體相互作用導致顆粒聚集，團簇形成，主導著流變行為。本文以石墨、炭黑導電添加劑顆粒、PVDF聚合物粘合劑和NMP溶劑組成的負極漿料為例，介紹粘度的微觀機制。
如圖3所示，顆粒間主要的膠體相互作用包括范德華、聚合物空間位阻、靜電斥力、流體動力學和耗散相互作用，膠體相互作用主要集中在尺寸從幾百納米到幾微米的顆粒之間。PVDF被物理吸收到炭黑顆粒的表面，降低了炭黑顆粒與NMP之間的大表面張力。PVDF包覆層的長度和溶劑性質、顆粒表面形態、顆粒和聚合物比例以及聚合物分子量的密切相關，包覆PVDF的炭黑顆粒之間形成靜電斥力和空間位阻，相互作用力大小如圖3b所示。分散在NMP中的炭黑顆粒的zeta電位非常低（zeta電位計測量約為-10 mV），因此可以忽略靜電排斥，膠體相互作用主要來自空間位阻排斥。膠體力對炭黑顆粒的作用比對石墨顆粒的作用大得多，如圖3d所示，由于弱的吸引力作用，炭黑顆粒組裝成高度支鏈的聚集體或絮狀物（圖3c）。相比之下，相對較大的石墨顆粒不會形成相互連接的分形結構。
圖3 顆粒間的膠體相互作用和顆粒的組裝行為。（a）炭黑顆粒的聚合物涂層和顆粒間膠體相互作用的示意圖。（b）包覆了PVDF的兩個炭黑顆粒之間的典型顆粒間作用力。（c）組裝成二次聚集體的初級炭黑顆粒的示意圖，這些聚集體連接成網絡。（d）炭黑（左）和石墨（右）顆粒的光學圖像。
首先研究炭黑和聚合物懸浮液的粘度。在炭黑和PVDF聚合物懸浮液中，PVDF的用量保持恒定，炭黑的用量增加，顆粒體積分數從0.9%到3.2%變化，實驗結果如圖4所示。炭黑和聚合物懸浮液表現出剪切變稀行為，粘度隨剪切速率的增加而降低。在低剪切速率下，顆粒間膠體相互作用占主導地位，炭黑分形聚集體相互連接充滿整個漿料網絡。由于顆粒間作用力強，炭黑聚集體積分數高，相對粘度較高。對于中等剪切速率，當流體動力剪切力略強于或與炭黑顆粒之間的最大鍵合能相當時，炭黑網絡或大塊炭黑顆粒團絮體分解成更小的聚集體。隨著剪切速率的進一步提高，流體動力相互作用增強，較大的聚集體分解成較小的聚集體甚至一次顆粒，炭黑懸浮液的粘度較低。炭黑網絡的破碎和重整是可逆過程，當降低剪切速率，炭黑顆粒重新形成相互連接網絡，粘度升高。
圖4 三種不同顆粒濃度的炭黑和PVDF漿料粘度的實驗結果，右側示意圖顯示了三種不同顆粒體積分數下炭黑表面上PVDF的形態。
吸收在炭黑顆粒表面的聚合物形態會隨著顆粒表面可用空間而變化。當炭黑體積分數較低時，總的顆粒表面積更少，吸附在表面的聚合物量更多，聚合物鏈伸展打開。但是當碳黑顆粒體積分數高時，例如3.2%，炭黑表面上有足夠的空間容納PVDF，并允許PVDF聚合物鏈保持卷曲的形態。PVDF聚合物處于“松弛”結構，較高濃度的炭黑顆粒導致聚合物長度越小。而兩個炭黑顆粒之間的最大吸引力取決于吸收的聚合物層的厚度，因為當顆粒間表面到表面距離達到2L時，非常強的聚合物空間位阻斥力超過范德華吸引力，起主導作用。對于較小的聚合物層厚度，兩個顆粒會變得更近，從而產生更強的顆粒間范德華吸吸引力。因此，隨著炭黑顆粒的體積分數從0.9%增加到3.2%，粘度急劇增加。
在炭黑懸浮液中繼續添加體積分數為26%的石墨顆粒，炭黑顆粒仍然形成網絡，石墨顆粒嵌入炭黑顆粒網絡中。由于膠體相互作用僅在尺寸從數百納米到幾微米的顆粒之間起主導作用。在較低的剪切速率下，整個石墨漿料的粘度與炭黑和聚合物溶液的粘度相似，石墨對粘度的影響比較小。但是，隨著剪切速率的增加，流體動力相互作用增加，石墨顆粒之間的剪切力在粘度中占主導地位。總之，炭黑、CNT等這些納米級顆粒由于強烈的相互作用，對粘度的影響更大。
對于石墨、CMC和水體系，微觀機制類似。如圖5所示，當CMC濃度低（圖5的下部）和低石墨濃度時，顆粒表面吸附足夠量的CMC，抑制石墨顆粒的聚集。隨著石墨濃度的增加，每個石墨顆粒吸附的CMC量減少（圖5下中心），顆粒之間的相互作用減弱，低剪切速率區域的粘度降低，高剪切速率區域出現剪切增厚。石墨濃度的進一步增加會導致每個顆粒上吸附的CMC量進一步減少，使得石墨顆粒之間的相互作用減弱并發生聚集（圖5右下角），導致粘度增加和數據波動。在CMC濃度升高時（圖5上部），即使石墨濃度較高，也能有足夠的CMC被吸附在石墨表面，分散石墨顆粒。因此，粘度不會顯著增加，并且在高剪切速率范圍內也抑制了剪切增稠。分子量最高的CMC提供了更強的空間位阻相互作用，因此對粘度和剪切增稠的影響更大。
聚合物與顆粒的相互作用，除了包覆（圖6a）之外，還包括（b）粘結劑相成三維網絡結構，空間位阻作用阻止顆粒的團聚；（c）粘結劑與活性物質顆粒表面鍵合作用，將顆粒之間連接在一起，這是漿料形成凝膠結構，粘度比較高。
對于高鎳材料，采用PVDF粘結劑時，材料表面的殘堿基團會導致PVDF發生脫氫氟化反應，而形成碳-碳雙鍵。這些C=C雙鍵結構會使PVDF鏈之間進一步發生交聯，在整個電極漿料中形成凝膠網絡。這種交聯是不可逆的反應，凝膠狀漿料很難通過添加溶劑等方法降低粘度。
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