粘结剂与乙炔黑含量对石墨电极锂离子电池性能影响.pdf

第^届中国纳米科技两安研讨会论文集 粘结剂和乙炔黑含量对石墨电极锂离子电池性能影 ’ 晌 赵廷凯·，王振旭，柳永宁。朱长纯，赵翔，朱杰武 (两安变运大学．西安／10049) 摘要：本文通过优化牯结荆和乙炔黑在锂离子电池电横中的含量，使天然石墨作为锂离予电池负极材料的 可逆容量和循环寿命达到最优．利用自行设计的小型双电搓模拟电池结构进行电化学测试．实验结果表明。 当粘结剂的含量为80／国Z．炔黑的含量为10％时，以石墨为负极材料的锞离子电池可逆容量达到330mAh／g， 10次循环容量保持在92％左右． 关键词：铿离子电池：牯结剂；乙炔黑；可逆容量t嵌铿性能 中圈分类号：TMgll 文献标识码：A 0．引言 目前，商用锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，石墨具有较高的比容量。较低的 嵌锂电位，良好的电位平台和循环性能．它能够很好地满足负极材料的选择标准．是理想的 锂离子电池负极材孝喜[1卅。石墨主要包括天然彳i墨、人造石墨及各种石墨化炭，如Z；墨化碳 VS 纤维和石墨化中间炭微球。与其他嵌锂材料相比，碳材料具有较低的电极电位((1．0V Li／L．+)。良好的充放电电位平台，循环寿命长，安全性能好，廉价无毒等优点【5】．研究较多 的有“墨、石墨化中间相碳微球(MCMB)、石油焦、聚合物热解炭等【6，81。在锂离子电池 碳负极材料中，天然石墨导电性好，结晶度高，具有良好的层状结构．更适合锂离子的嵌入 和脱出．石墨的可逆充放电容量可达到300mAh／g以上，接近Lic6的理论容量372mAtegpJ． 此外。锂在石墨中的脱，嵌反应和嚣}，嵌容量主要发生在0-2．5V之褐。具有良好的充放电电压 平台。电池的放电电压平稳。并且天然石墨的来源J1。泛。价格低廉，因此成为众多研究者关 注和研发的热点。在石墨电极中，粘结剂在其中起粘连作用，是不可缺少的组分：乙炔黑可 以增加石墨活性物质的导电性能，它们对石墨的嵌锂性能也有重要的影响，但这方面的报道 细节相对较少DO-13J。 本文通过改变粘结剂和导电剂的含量．对天然石墨的电化学性能进行测试．优化{i墨电 极中粘结荆和乙炔黑比例含量。使得铿离子电池的可逆容量和循环性能达到是优． 1．实验方法 1．1电极的制各 本实验采用了铜箔作为集电极(厚度0．1mm)，将集电极材料加：f为直径d约为 (AM：AB：PVDF的质量比为82：8：10)：调节浆料到合适的枯度．最后涂片秤量．将粘度适中 的电极浆液均匀的涂至称量完毕的集电极箔片上，干燥箱中干燥12h，在电子天平上称量电 极片，记质量m2，则电极材料质量m；|rH2·mI。在装配模拟电池前先将电极片再置于真空干 缘箱中干燥12h．升将极片在压片机上【MPa下压片。 1．2电池的组装 本实验使用的是烈电极模拟电池结构，即聚四氟乙烯圆柱体模拟电池。双电极模拟电池 暮百罪F下氰飘E)舌弭飘20060391006) 作者简舟。赵廷凯(197m1．男．博士后．研究方向为碳纳米材料及能源材料，ztk-xjtu@163．com 第六屑中国纳米科技两安研讨会论文集 能方便简单的测试电极材料的比容量和循环性能．在手套箱中进行电池的组装，双电极模拟 电池按照负极极片．隔膜纸。金属锂片，不锈钢钢体，弹簧片自下而上依次放好。并注入电 解液，封口，组装成测试用电池。 1．3电化学性能测试 恒电流充放电测试根据活性材料的重量和面积(电化学测试参数为电流密度20mA，g或 者O．2mA／cm2)．恒定充放电条件．准确得到材料的充放比电容量和循环效率．实验中模拟 电池跟实际电池由于存在结构性能差异。经过恒电流充放电循环．由于极化、结构、接触等 原因电池性能将下降较快．其放电容量容易衰减。因此模拟电池循环次数控制在10次以上 以保证试验结果的精确。装配好的电池采用BTS．5V／50mA测试仪测试电化学充放电性能。 放电截止电压为0．01V。充电截止电压为2．8V。 2．结果与讨论 2．1粘结剂对石墨嵌锂性能的影响 首先固定乙缺黑的含量10wt％．}l!其它条件不变，主要研究粘结剂含量变化对锂离子电 池电极性能的影响。粘结剂的含量分别为