导电碳含量对锂离子电池性能的影响

韩伊清
导读大家好,小科来为大家解答以上问题。导电碳含量对锂离子电池性能的影响这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!解答:1、锂离子电池

大家好,小科来为大家解答以上问题。导电碳含量对锂离子电池性能的影响这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

解答:

1、锂离子电池作为一种应用广泛的新能源系统,在手机、电脑、汽车、储能等领域有着广阔的应用前景。

2、近年来,由于各个领域对快速充电性能的要求越来越高,提高电池的倍率性能成为锂电池研究人员不断探索的方向。

3、锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液等组成。电池充电时,锂离子会从正极出来,在电解液支持的环境下,通过隔膜嵌入负极,电池的倍率性能关系到锂离子整个迁移过程的阻力。这对研发是必要的。d人员寻找适当的方法来减少每个环节的阻力。

4、导电剂对提高锂离子电池的倍率性能起着关键作用,许多相关研究表明,导电剂的加入可以改善电子传输路径,加快电荷转移,提高电池性能。但由于导电剂的粒径和密度比活性物质小,如何保证其在浆料和极片中的均匀分散也是提高电池倍率的重点[1-6]。

5、本文通过改变导电碳的含量,从粉末、膏状物、极片和扣式电池四个层面表征了电阻性能的变化,定性分析了导电碳对各个层面电阻的影响。同时,探索了最适宜的导电碳含量对电性能的影响,为电池工艺和配方开发者提供了有利的技术支持。

6、1实验材料和方法

7、1.1材料

8、钴锰三元材料(NCM)、导电碳(SP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、2032纽扣电池。

9、1.2分析和测试仪器

10、四探针粉末电阻计(PRCD2100-IEST)-四探针模式、浆料电阻计(BSR2300-IEST)、极片电阻计(BER2500-IEST),均为远能科技(厦门)有限公司产品;电池测试仪(CT-4008T-Neware),电化学工作站(DH7001)。

11、1.3实验方法

12、根据表1所示的配方比例,制备五组正极膏、极片和钮扣电池。用不同的测试设备测试了浆料、极片和扣式电池的电阻性能,分析了导电碳含量对各层电性能的影响。

13、表1。五组样品的质量百分比

14、组

15、质量百分比

16、第三的

17、导电碳

18、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride的缩写)

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样品制备

40、按表1中各组材料的比例称取材料,用高速混合脱泡机混合搅拌11分钟,测量一部分制备好的浆料样品的电阻率,另一部分用半自动涂布机涂在铝箔上;极片干燥后,部分极片进行极片电阻率测量,部分极片用辊压机轧制,一半极片进行极片电阻测量,一半极片用于组装纽扣电池。

41、纽扣电池组装在氩气手套箱中,三元极片为正极,锂片为负极。

42、2实验结果及讨论

43、2.1粉末水平电阻率性能分析

44、分别测试了三元材料和所用导电碳的粉末电阻率。从图1中可以看出,随着测试压力的增加,三元材料和导电碳的压实密度逐渐增加,而电阻率则下降。三元材料压实密度为3.5 g/cm3时,电阻率约为16.7* cm,而导电碳材料压实密度为1.0 g/cm3时,电阻率约为0.02* cm。所以在粉体层面,三元材料的电阻率是导电碳的835倍,导电碳的导电性比三元材料好很多,会影响后续浆料和极片的导电性。

45、图1 (a)粉末压实密度与试验压力的关系曲线

46、图1 (b)粉末电阻率随压实密度变化的曲线图

47、2.2泥浆和极片层面电阻率性能分析

48、图2(b)为五组辊压前后的极片电阻率的测试结果,从图中可看出,无论是否经过辊压,极片电阻率都是随着导电碳含量的增多而减小,这说明导电碳含量的增大会显著提升颗粒之间的电子导通性能。

49、另外,辊压后由于颗粒之间以及涂覆层与集流体的接触更紧密,因此辊压后的极片电阻率数值比辊压前低一个数量级,这也说明辊压会使正极极片的导电性明显提高。

图2.(a)五组浆料电阻率曲线图

图2.(b)五组极片电阻率曲线图

2.3 扣式电池电阻性能分析

对五组经过充放电一圈活化后的扣式电池进行交流阻抗谱测试和倍率性能测试,结果如图3(a)、3(b)和3(c)所示。

56、在锂离子电池体系中,阻抗谱中的中高频率范围,代表电子转移和电荷传递,低频范围代表离子扩散[7]。

57、从图3(b)中可以看出随着导电碳含量从0%增加至3%时,电池的电子转移Rs和电荷传递电阻Rct之和也逐渐减小,这说明导电碳的添加量对电池电阻的改善是有显著正向作用的。

58、另外,若仅比较高频处的电子电阻时,它会受扣式电池壳体与极片的接触电阻的影响,前两组的变化趋势与导电碳含量变化不一致。

59、从图3(c)的不同倍率放电容量保持率来看,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。

60、因此,适当含量的导电碳可显著提升电池的倍率性能。

图3.(a)五组扣式电池的EIS曲线图

图3.(b)五组扣式电池的电子电阻和离子电阻曲线图

图3.(c)五组扣式电池的不同倍率放电保持率曲线图

3结论

本文从粉末、浆料、极片和扣式电池四个层级,分别对五组不同导电碳含量的样品进行电阻性能定量分析,发现加入比三元材料导电性好的导电碳后,浆料、极片、扣式电池的电导性能均有一定程度的提升,且适当含量的导电碳可显著提升电池的倍率性能。

69、本文的研究,提醒电池相关研究人员在进行电池配方改善时,既可以从不同层级评估电性能,也要注意适当导电碳的含量对电池的倍率性能的影响。

原文标题:导电碳含量对电池不同层级电阻的影响

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