導(dǎo)電碳含量對(duì)鋰離子電池性能的影響

大家好，小科來(lái)為大家解答以上問(wèn)題。導(dǎo)電碳含量對(duì)鋰離子電池性能的影響這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、鋰離子電池作為一種應(yīng)用廣泛的新能源系統(tǒng)，在手機(jī)、電腦、汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、近年來(lái)，由于各個(gè)領(lǐng)域?qū)焖俪潆娦阅艿囊笤絹?lái)越高，提高電池的倍率性能成為鋰電池研究人員不斷探索的方向。

3、鋰離子電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液等組成。電池充電時(shí)，鋰離子會(huì)從正極出來(lái)，在電解液支持的環(huán)境下，通過(guò)隔膜嵌入負(fù)極，電池的倍率性能關(guān)系到鋰離子整個(gè)遷移過(guò)程的阻力。這對(duì)研發(fā)是必要的。d人員尋找適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)減少每個(gè)環(huán)節(jié)的阻力。

4、導(dǎo)電劑對(duì)提高鋰離子電池的倍率性能起著關(guān)鍵作用，許多相關(guān)研究表明，導(dǎo)電劑的加入可以改善電子傳輸路徑，加快電荷轉(zhuǎn)移，提高電池性能。但由于導(dǎo)電劑的粒徑和密度比活性物質(zhì)小，如何保證其在漿料和極片中的均勻分散也是提高電池倍率的重點(diǎn)[1-6]。

5、本文通過(guò)改變導(dǎo)電碳的含量，從粉末、膏狀物、極片和扣式電池四個(gè)層面表征了電阻性能的變化，定性分析了導(dǎo)電碳對(duì)各個(gè)層面電阻的影響。同時(shí)，探索了最適宜的導(dǎo)電碳含量對(duì)電性能的影響，為電池工藝和配方開發(fā)者提供了有利的技術(shù)支持。

6、1實(shí)驗(yàn)材料和方法

7、1.1材料

8、鈷錳三元材料(NCM)、導(dǎo)電碳(SP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、2032紐扣電池。

9、1.2分析和測(cè)試儀器

10、四探針?lè)勰╇娮栌?jì)(PRCD2100-IEST)-四探針模式、漿料電阻計(jì)(BSR2300-IEST)、極片電阻計(jì)(BER2500-IEST)，均為遠(yuǎn)能科技(廈門)有限公司產(chǎn)品；電池測(cè)試儀(CT-4008T-Neware)，電化學(xué)工作站(DH7001)。

11、1.3實(shí)驗(yàn)方法

12、根據(jù)表1所示的配方比例，制備五組正極膏、極片和鈕扣電池。用不同的測(cè)試設(shè)備測(cè)試了漿料、極片和扣式電池的電阻性能，分析了導(dǎo)電碳含量對(duì)各層電性能的影響。

13、表1。五組樣品的質(zhì)量百分比

14、組

15、質(zhì)量百分比

16、第三的

17、導(dǎo)電碳

18、聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride的縮寫）

19、A

20、98%

21、0%

22、2%

23、B

24、97%

25、1%

26、2%

27、C

28、96.5%

29、1.5%

30、2%

31、D

32、96%

33、2%

34、2%

35、E

36、95%

37、3%

38、2%

39、1.4樣品制備

40、按表1中各組材料的比例稱取材料，用高速混合脫泡機(jī)混合攪拌11分鐘，測(cè)量一部分制備好的漿料樣品的電阻率，另一部分用半自動(dòng)涂布機(jī)涂在鋁箔上；極片干燥后，部分極片進(jìn)行極片電阻率測(cè)量，部分極片用輥壓機(jī)軋制，一半極片進(jìn)行極片電阻測(cè)量，一半極片用于組裝紐扣電池。

41、紐扣電池組裝在氬氣手套箱中，三元極片為正極，鋰片為負(fù)極。

42、2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

43、2.1粉末水平電阻率性能分析

44、分別測(cè)試了三元材料和所用導(dǎo)電碳的粉末電阻率。從圖1中可以看出，隨著測(cè)試壓力的增加，三元材料和導(dǎo)電碳的壓實(shí)密度逐漸增加，而電阻率則下降。三元材料壓實(shí)密度為3.5 g/cm3時(shí)，電阻率約為16.7* cm，而導(dǎo)電碳材料壓實(shí)密度為1.0 g/cm3時(shí)，電阻率約為0.02* cm。所以在粉體層面，三元材料的電阻率是導(dǎo)電碳的835倍，導(dǎo)電碳的導(dǎo)電性比三元材料好很多，會(huì)影響后續(xù)漿料和極片的導(dǎo)電性。

45、圖1 (a)粉末壓實(shí)密度與試驗(yàn)壓力的關(guān)系曲線

46、圖1 (b)粉末電阻率隨壓實(shí)密度變化的曲線圖

47、2.2泥漿和極片層面電阻率性能分析

48、圖2(b)為五組輥壓前后的極片電阻率的測(cè)試結(jié)果，從圖中可看出，無(wú)論是否經(jīng)過(guò)輥壓，極片電阻率都是隨著導(dǎo)電碳含量的增多而減小，這說(shuō)明導(dǎo)電碳含量的增大會(huì)顯著提升顆粒之間的電子導(dǎo)通性能。

49、另外，輥壓后由于顆粒之間以及涂覆層與集流體的接觸更緊密，因此輥壓后的極片電阻率數(shù)值比輥壓前低一個(gè)數(shù)量級(jí)，這也說(shuō)明輥壓會(huì)使正極極片的導(dǎo)電性明顯提高。

圖2.(a)五組漿料電阻率曲線圖

圖2.(b)五組極片電阻率曲線圖

2.3 扣式電池電阻性能分析

對(duì)五組經(jīng)過(guò)充放電一圈活化后的扣式電池進(jìn)行交流阻抗譜測(cè)試和倍率性能測(cè)試，結(jié)果如圖3(a)、3(b)和3(c)所示。

56、在鋰離子電池體系中，阻抗譜中的中高頻率范圍，代表電子轉(zhuǎn)移和電荷傳遞，低頻范圍代表離子擴(kuò)散[7]。

57、從圖3(b)中可以看出隨著導(dǎo)電碳含量從0%增加至3%時(shí)，電池的電子轉(zhuǎn)移Rs和電荷傳遞電阻Rct之和也逐漸減小，這說(shuō)明導(dǎo)電碳的添加量對(duì)電池電阻的改善是有顯著正向作用的。

58、另外，若僅比較高頻處的電子電阻時(shí)，它會(huì)受扣式電池殼體與極片的接觸電阻的影響，前兩組的變化趨勢(shì)與導(dǎo)電碳含量變化不一致。

59、從圖3(c)的不同倍率放電容量保持率來(lái)看，隨著放電倍率逐漸增加至2.5 C，當(dāng)導(dǎo)電碳含量小于1%時(shí)，電池的放電容量幾乎降到了2%，而當(dāng)導(dǎo)電碳含量大于1.5%時(shí)，電池的放電容量依舊保持在80%以上。

60、因此，適當(dāng)含量的導(dǎo)電碳可顯著提升電池的倍率性能。

圖3.(a)五組扣式電池的EIS曲線圖

圖3.(b)五組扣式電池的電子電阻和離子電阻曲線圖

圖3.(c)五組扣式電池的不同倍率放電保持率曲線圖

3結(jié)論

本文從粉末、漿料、極片和扣式電池四個(gè)層級(jí)，分別對(duì)五組不同導(dǎo)電碳含量的樣品進(jìn)行電阻性能定量分析，發(fā)現(xiàn)加入比三元材料導(dǎo)電性好的導(dǎo)電碳后，漿料、極片、扣式電池的電導(dǎo)性能均有一定程度的提升，且適當(dāng)含量的導(dǎo)電碳可顯著提升電池的倍率性能。

69、本文的研究，提醒電池相關(guān)研究人員在進(jìn)行電池配方改善時(shí)，既可以從不同層級(jí)評(píng)估電性能，也要注意適當(dāng)導(dǎo)電碳的含量對(duì)電池的倍率性能的影響。

原文標(biāo)題：導(dǎo)電碳含量對(duì)電池不同層級(jí)電阻的影響

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