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LIB電極漿料電子傳導性的評估

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介紹一個利用漿料分析系統,從漿料電子傳導性評估的角度來推斷其分散狀態的案例。

下面我們介紹一個使用漿料分析系統,去評估漿料的電子傳導特性,來判斷其分散狀態的案例。

用途·對象

漿料相關材料的探索、生産工藝的優化、制成後的篩選

背景

随着全球脱碳和向EV电动汽車的转变不断加速,对锂電池的功能和性能要求越来越高。在锂電池的浆料(LIB电极浆料)制作中,比如正极(溶剂类)是将正极活性物质、导电助剂和粘合剂分散在NMP中制成的。浆料的状态会根据材料的类型和成分以及其分散方法而产生很大差异。此外,如果它们分散状态不良好,则无法有效发挥出每种物质自身的性能,并且電池容量会逐渐降低,内阻则会逐渐变大。另一方面,虽然我们能够知道浆料状态下的电气特性(阻抗特性)但很难知道复合材料中较为复杂的浆料的内部状态(混料状态)。这里介绍了一个使用浆料分析系统去评估LIB电极浆料的电子传导性,从而推断出LIB电极浆料内部状态的案例。

评估案例1. 混料时间造成的差异

■ 目的

混料時間的優化


■ 浆料制成条件


固體含量比例活性物質:95%導電助劑:2.5% 粘合劑:2.5%
混料工序在70%的固體濃度下混料攪拌0、1、3、5分鍾
粘度調整工序用NMP稀釋固體濃度至50%。


■ 分析结果


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■ 分析

隨著混料時間的增加,Rratio降低,DCR增加。這就意味著,混料的時間越短,導電材料的導電網絡構建程度越高,漿料的整體電阻也隨之降低。另一方面,Uniformity會隨著混料時間的增加而上升。由此可得,混料時間越長漿料的分散性越好。綜上所述,可以推斷出在不同的混料時間下,時長超過3分鍾的漿料相對較好。


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案例2. 导电助剂量的差异

■ 目的

電極電阻降低效果的確認取決于導電助劑的添加量。

確認漿料阻抗及電極電阻之間的關聯性


■ 漿料制成條件


固體含量比例活性物质:18g 、导电助剂:0.25g0.5g0.75g、粘合剂:0.5g
混料工序在70%在的固體濃度下混料攪拌9分鍾
粘度調整工序用NMP稀釋固體濃度至50%


■ 分析結果


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■ 分析

隨著導電助劑添加量的增加,Rratio上升,DCR下降。這種變化可以認爲是由于添加了導電助劑而在漿料中構建了導電材料的導電網絡,從而降低了漿料的整體電阻,這與漿料分析理論中發生的變化相一致。

另一方面據Uniformity顯示,在輔助劑劑量爲0.75%時的均勻性相較于劑量爲0.5g時的均勻性更低。由此可以推斷出輔助劑劑量爲0.75g時,導電材料的導電網絡,構建程度較高,但是分散程度卻不足。

此外,这些浆料也被制成了电极片,并利用電極電阻測試系統RM2610进行分析。因此,随着导电助剂用量的增加,辅料层电阻、界面电阻都在下降。结果显示,浆料的电子传导性被转移至电极片的电阻特性中,表明涂布工程良好。

案例3.分散劑量不同時,電子傳導性和動態粘彈性之間的關聯性。

■ 目的

分散劑添加量對漿料所産生的影響,須通過阻抗、流變兩方面確認。


■ 漿料制備條件


固體含量比例活性物質:96%、導電助劑:2%、分散劑:0.08%~0.16%(4%~8%vs導電助劑量)
導電助劑漿料的制成导电助剂、分散剂、纯NMP導電助劑漿料的制成
電極漿料的制成添加活性物质、粘合剂溶液、電極漿料的制成


■ 分析結果


未标题-5.jpg


■ 考察

?分散剂 添加4%→5% vs 导电助剂量

Rratio迅速增加、G’和G”的差值減小。

由此可得,加入分散劑消除了導電助劑的凝聚體,與此同時,形成的導電助劑網絡結構起到了導電通道的作用。


?分散劑 添加5%→8%vs導電助劑量

隨著分散劑添加量的進一步增加,漿料中的G”成爲了主導地位,這樣雖能提升其流動性並能夠調整其塗布性能,但是由于Rratio降低,表明在導電助劑網絡持續微小化的同時,裂解也在發生。


使用的服務·測量儀器

漿料分析系統 
HIOKI 提供服务(使用前请先购买许可证)
LCR測試儀IM3536 HIOKI 産品
分析软件   SA2632HIOKI 免費提供的軟件
測量軟件SA2633HIOKI 免費提供的軟件
电极容器   SA9001HIOKI 産品
測量夾具  SA9002HIOKI 産品
電極電阻測試系統RM2610HIOKI 産品


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