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锂电池-工艺-电极浆料混合工艺与性能的关系

电极浆料的混合过程对锂离子电池(LIBs)的电极性能至关重要。导电材料(如乙炔黑,AB)在电极浆料中的分散状态直接影响复合电极的电子导电性。电子导电性是评估电极浆料导电材料分散状态的重要指标,可以通过交流阻抗谱进行测量。电极浆料的流变学分析和交流阻抗谱是研究电极浆料性能的常用方法。通过交流阻抗谱测量电极浆料电子导电性,结合流变学分析,有助于了解电极性能与导电网络分散过程之间的关系。

锂离子电池(LIBs)制造过程中,电极浆料的制备是至关重要的步骤,因为初期制备的电极浆料决定了LIBs的性能。电极浆料包括活性电极材料粉末、导电材料粉末、聚合物粘合剂和稀释溶剂。在制备复合电极时,电极浆料被涂覆在金属箔电流收集器上,然后溶剂挥发干燥。正极复合电极使用氧化物材料(如LiCoO2)作为活性电极材料,使用碳黑等炭质导电材料(如乙炔黑,AB)提供电子导电路径。

由于正极电极材料和导电材料具有不同的物理化学性质,正极电极浆料中导电材料的均匀分散相对较为困难。正极电极浆料的制备过程,包括材料注入的顺序和混合方法,对LIBs的性能产生重要影响。电极浆料的分散状态对LIBs的性能有重要影响,因此电极浆料的评估至关重要。

电极浆料混合过程示意图

浆料 1 和 2 的动态储能模量 (GB) 作为角频率的函数。浆料1用实心符号表示,浆料2用空心符号表示

浆料 1 和 2 在不同 AB 含量下的电子体积电阻率

结论:

从电子导电的角度探讨了电极浆料制备过程中混合工艺对电极性能的影响。在相同AB含量下,复合电极的RDC–IR值强烈依赖于混合过程。复合层和电极浆料的电子导电性也取决于混合过程。通过流变学分析揭示,电子导电性的变化源于电极浆料中AB的分散状态。在NMP中同时搅拌Mg-LCO和AB导致低电子导电性,这是由于高粘度状态下破坏了AB网络结构,形成大团簇的AB。为了抑制电极浆料电子导电性的降低,AB/PVdF/NMP和Mg-LCO/NMP的混合是有效的,因为这种混合使得电极浆料处于低粘度状态。根据研究结果,提出了制备具有高电子导电性且含有少量AB的电极浆料的设计概念。这一设计概念对锂离子电池(LIBs)和全固态电池等下一代电池的制造具有潜在的实用性。