材料性质及浆料制备对锂电池性能影响.pdfVIP

材料性质及浆料制备对锂电池性能影响--第1页

材料性质及浆料制备对锂电池性能影响

在改善锂离子电池性能的过程中，研究人员大多把精力放在活性物质

材料研究与改性上，忽视了导电剂、粘结剂形貌及其与活性物质之间相互

作用，以及在电极浆料制备过程中影响浆料分散性的因素。另外，电极材

料能够决定电池性能所能达到的上限，而工艺过程则决定了其性能的下限，

因此应尽可能完善工艺过程，使其性能下限趋近于性能上限。

本文主要分析了电极材料中活性物质、导电剂、粘结剂的形貌、粒径，

及其之间的相互作用对电池性能的影响，以及在浆料制备过程中影响其分

散性的因素，如搅拌方式、混料顺序、混料方式以及浆料添加剂对电池性

能的影响，并提出合理建议来提高锂离子电池性能。

一、电极材料对电池性能影响

1.1活性物质形貌的影响

在锂离子电极材料中，一般而言，活性物质的粒径减小，就会提高电

极材料的离子电导率，进而提升电极整体的导电能力，改善电池倍率性能。

当活性物质粒径减小，电极材料中Li+的扩散路径缩短，有利于Li+进行传

输。

大量的研究工作都表明使用小颗粒的活性物质会对电极电化学性能

产生有利影响，但在减小活性物质粒径的过程中也会出现一些问题和挑战。

第一，小颗粒（特别是纳米颗粒）的活性物质和导电剂的表面积比较

大，有利于电解液催化分解，在其表面形成一层凝胶膜，消耗了电解液。

第二，在电极工作过程中会在其表面形成SEI膜，该过程同样消耗电解液

和Li+第三，活性物质颗粒尺寸过小，导致电极材料压实密度过低，降低

o

能量密度。当颗粒直径小于某一细小尺寸时，颗粒的布朗运动效应就不能

材料性质及浆料制备对锂电池性能影响--第1页

材料性质及浆料制备对锂电池性能影响--第2页

忽略，所以由于细小颗粒的布朗运动，而使得颗粒之间产生激烈碰撞，使

浆料产生絮凝，更易导致出现分离现象。

因此在选择活性物质粒径大小的时候，不能单纯靠减小颗粒尺寸来提

高电极性能，还要综合考虑其带来的不利影响。

1.2导电剂性质的影响

要使导电剂能够完美地发挥作用，必须保证其在浆料中均匀分布,不

仅是整体体积的宏观分布，还包括颗粒层面上的微观分布。但是导电剂的

分布情况并不是仅仅依靠浆料的搅拌效率，还受到导电剂本身性质的影响。

现在电极材料中常用的导电剂有颗粒状的SUPerP、科琴黑，纤维状的

气相生长碳纤维、碳纳米管片状的、、石墨烯等。

(VGCF)(CNTS),KS-6SFG-6

在富锂镒基材料中，对比、和石墨烯四种导电剂的导电

SuperP.KS-6VGCF

效率，SuperP能够均匀分散形成完整的导电通路，电极电阻最小，表现出

优异的倍率和循环性能。KS-6没能形成良好的导电通路，表现出的电化学

性能最差。

有一些炭黑导电剂不仅可以起到增大电极材料电导率的作用，还能使

浆料稳定，防止浆料出现分离、凝聚的作用。在浆料制备初期损耗模量大

于储存模量，使浆料呈流体状，有非常小的屈服强度。再添加一定量的炭

黑之后，浆料的存储模量逐渐大于损耗模量，浆料呈凝胶状，具有较大屈

服强度来有效地防止浆料出现聚沉、分离。

导电剂的存在还可以影响电解液在电池体系内的