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漿料配方與電阻率的關(guān)聯(lián)性探究

元能科技 2024-05-16 | 閱讀：1532

鋰電正負(fù)極漿料是由活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑,、粘結(jié)劑分散于溶劑中形成的固液兩相混合體系。理想的電極漿料應(yīng)該滿(mǎn)足以下要求：（1）活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑顆粒團(tuán)聚體盡可能分散,；（2）打開(kāi)導(dǎo)電劑長(zhǎng)鏈,，進(jìn)一步分散鏈狀導(dǎo)電劑；（3）形成最合適的活性物質(zhì),、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑彼此之間的排布方式,；（4）維持漿料最優(yōu)懸浮結(jié)構(gòu)和成分穩(wěn)定性，防止沉降和團(tuán)聚等成分偏析,。其中,，漿料的均勻性和穩(wěn)定性極大地影響了電芯的一致性及電化學(xué)性能。如果固體顆粒在溶劑中分散不均或者快速沉降,，則不能形成良好的電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，這將極大的影響其電性能發(fā)揮。

鋰離子電池極片設(shè)計(jì)中,，導(dǎo)電劑形成的三維網(wǎng)絡(luò)將活性顆粒連接起來(lái),，這是電子傳輸?shù)闹饕窂健６?，活性物質(zhì),，特別是正極材料的電子電導(dǎo)率很低時(shí)也需要導(dǎo)電劑促進(jìn)電子傳導(dǎo)。因此,，鋰離子電池設(shè)計(jì)時(shí)我們應(yīng)根據(jù)不同的活性物質(zhì)材料,、不同目的(改善倍率性能、循環(huán)性能,、提高不可逆比容量)而選取與之相匹配的導(dǎo)電劑,。導(dǎo)電劑的材料、形貌,、粒徑,、攪拌順序、添加量與不同類(lèi)型導(dǎo)電劑的復(fù)合狀態(tài)都對(duì)鋰離子電池有著不同方面的影響,。另外,，導(dǎo)電劑的分布狀態(tài)也很關(guān)鍵，漿料中導(dǎo)電劑可能分布狀態(tài)如圖1所示：（1）導(dǎo)電劑團(tuán)聚在一起,，沒(méi)有分散開(kāi),；（2）導(dǎo)電劑均勻分散，但是單獨(dú)懸浮在漿料中,，沒(méi)有和活性材料導(dǎo)電劑緊密結(jié)合,；（3）漿料中的導(dǎo)電劑理想分布狀態(tài)：導(dǎo)電劑均勻分散,，在活性物質(zhì)顆粒表面形成導(dǎo)電薄層；導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)顆粒表面緊密接觸,，使電子能夠有效參與脫/嵌鋰反應(yīng),；導(dǎo)電劑之間相互連通導(dǎo)電，與每一個(gè)活性物質(zhì)顆粒形成電子通路,。

圖1. 漿料中導(dǎo)電劑分布狀態(tài)

對(duì)漿料的電阻率進(jìn)行測(cè)量,，可以在漿料層級(jí)評(píng)估其顆粒的分散性及導(dǎo)電性。目前導(dǎo)電劑對(duì)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的模型研究較多,，而用電阻率定量分析漿料性能卻比較少見(jiàn),。本文通過(guò)調(diào)控漿料固含量，分析固含量,、電阻率,、黏度之前的關(guān)系，同時(shí)也通過(guò)改變電流-電壓曲線驗(yàn)證了正負(fù)極漿料的導(dǎo)電類(lèi)型,。

1測(cè)試方法

1.1 測(cè)試設(shè)備：采用BSR2300（IEST-元能科技）表征不同固含量和黏度的正負(fù)極漿料電阻率,。

圖2. BSR2300外觀圖

1.2 漿料配比：

表1. 漿料配比

2測(cè)試結(jié)果

按表1配方分別配置不同固含量正負(fù)極漿料，分別測(cè)試黏度和電阻率,，如表2所示,，正負(fù)極漿料都隨著固含量的增加而黏度不斷增大，同時(shí)電阻率不斷減小,。

表2. 正負(fù)極漿料固含量&黏度&電阻率

當(dāng)LCO固含量大于50%后,，黏度急劇升高，這可能因?yàn)殡S著固含量升高,，單位體積內(nèi)鈷酸鋰顆粒占比不斷增大,，大密度的鈷酸鋰顆粒碰撞會(huì)加劇體系內(nèi)顆粒之間的相互作用力，導(dǎo)致黏度增加,，而急劇增大點(diǎn)則為顆粒間作用力急劇變化的閥值點(diǎn),。當(dāng)石墨固含量35%以下時(shí)，隨著固含量增加電阻率加速減小,，當(dāng)固含量大于35%后,，電阻率隨固含量變化較緩，這是因?yàn)殡S著固含量增大,，越來(lái)越多的顆粒構(gòu)建了有效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，當(dāng)達(dá)到閥值后導(dǎo)電性不在顯著增加。

圖3. 正負(fù)極漿料電阻率與黏度隨固含量變化趨勢(shì)

為進(jìn)一步研究鋰電正負(fù)極漿料體系中導(dǎo)電方式,，設(shè)計(jì)I-V實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證,，如圖4所示。對(duì)鈷酸鋰漿料和石墨漿料分別施加0.001mA,、0.0015mA,、0.002mA、0.0025mA,、0.003mA電流,，并采集電壓信號(hào)。圖4顯示電流電壓線性關(guān)系明顯,，基本復(fù)合歐姆定律,，說(shuō)明鈷酸鋰正極漿料和石墨負(fù)極漿料的導(dǎo)電類(lèi)型主要以電子電導(dǎo)為主，即電子通過(guò)顆粒間的接觸傳導(dǎo)到顆粒本身,，進(jìn)而構(gòu)建多維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性能。