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关键词:倍率性能|浸润|导电剂|表征方法
1、为什么导电剂越来越重要? 在锂离子电池的材料体系中,导电剂常常被归为"小料"——添加量通常只有1%~3%,远低于正极活性物质的90%以上。但就是这看似微不足道的几个百分点,却直接决定了电池的快充能力、循环寿命和低温性能。 随着动力电池向高能量密度、高倍率快充方向快速迭代,厚极片、高压实成为行业标配。不少研发人员仅依靠粉体指标、扣电数据筛选导电剂,结果出现量产电芯浸润不足、内阻漂移、一致性差等问题。本文系统梳理粉末、浆料、极片、电芯全方位表征手段,为导电剂选型、入厂检验、失效定位提供参考。 图1.不同导电剂形貌 [1] 2、四大主流导电剂体系优劣势 当前锂电导电剂主要分为四大类:传统炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨烯,以及多元复合导电体系。它们的本质差异在于结构不同,导电机理也不同。 3、导电剂表征方法 3.1 粉末电阻&压实密度测试 粉末压实电阻率是导电剂最基础也是最重要的指标,测试方法是将导电剂粉末置于模具中,在变压条件下,同步采集电阻率和压实密度的变化曲线。为什么要变压测试呢?因为不同导电剂的压实特性差异很大,炭黑颗粒较硬,压实后电阻率下降平缓;而碳纳米管和石墨烯比较蓬松,低压下电阻率很高,但随着压力增大、颗粒接触变紧密,电阻率会急剧下降。 3.2 浆料电阻测试 浆料电阻测试仪采用上、中、下三层电极结构,可以实时采集不同高度的电阻率变化。如果底部电阻快速下降、顶部电阻快速上升,说明导电颗粒在快速沉降,浆料稳定性差,这种浆料在涂布前如果搅拌不充分,就会导致极片上下部位导电不均,直接影响电芯一致性。 3.3 极片电阻测试 导电剂的分散情况受浆料配方、搅拌条件、涂布和烘干条件等众多复杂工艺控制参数影响,导电剂分散不均将恶化电芯动力学性能,但很难通过极片外观、粘接力等常规监控手段发现,往往容易被忽略,造成不可挽回的损失,通过监控不同批次或不同位置极片电阻变化情况,可以快速识别批次波动情况。 3.4 极片迂曲度测试 迂曲度代表了多孔电极传输路径的弯曲程度,表征电解液的渗流能力和离子的迁移速率。纳米碳材料比表面积极高、颗粒微小,过量导电剂会使大量超细碳颗粒堵塞活性颗粒之间的连通孔道,开放孔转变为封闭微孔;导电剂自身发生团聚,阻断离子传输通道。 3.5 极片浸润性测试 分散良好的导电剂可以提供大量亲碳界面,多级孔隙兼顾大孔快速渗透、微孔储液,过量导电剂会导致高比表面积,理论总吸液量大,但大量纳米微孔,电解液毛细作用力过强,电解液容易被束缚在微孔中,向芯包深部渗透变慢。 3.6 电性能测试 3.6.1EIS测试 导电剂巨大比表面积提供大量副反应位点,电解液在碳表面分解,持续生成 SEI界面膜,经过几圈循环,界面膜持续增厚,RSEI、Rct同步增大。 3.6.2 倍率性能 我们以不同导电碳含量0%(A)、1%(B)、1.5%(C)、2%(D)、3%(E)做成扣电,测试不同倍率下容量保持率,随着放电倍率逐渐增加至2.5 C,当导电碳含量小于1%时,电池的放电容量几乎降到了2%,而当导电碳含量大于1.5%时,电池的放电容量依旧保持在80%以上。因此,适当含量的导电碳可显著提升电池的倍率性能。 4、 引用文献 [1]Baumgärtner, J. F.; Kravchyk, K. V.; Kovalenko, M. V. Navigating the Carbon Maze: A Roadmap to Effective Carbon Conductive Networks for Lithium-Ion Batteries. Adv. Energy Mater. 2024, DOI:10.1002/aenm.202400499. [2]袁佩玲,丁星星,郭鹏,等。新能源电池领域导电剂技术的研究与产业化 [J]. 过程工程学报,2023,23 (8):1118-1130.DOI:10.12034/j.issn.1009-606X.223115.









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