电极悬浮液的流变性如何影响锂离子电池的性能？

2022-09-01 15:52:10  信息编号：K223367  浏览次数：107

最近发表在《电化学通讯》杂志上的一篇论文证明了浆料流变学与锂离子电池 (LIB) 中使用的石墨阳极的电化学性能之间的联系。

背景

与替代储能设备相比，可充电锂离子电池（LIB）由于其高能量密度而广泛用于不同的移动储能应用。石墨通常用作锂离子电池中的负极材料，因为锂离子可以可逆地插入第一阶段石墨插层化合物/LiC 6的化学计量。

炭黑 (CB) 作为电子导电剂添加到 LIB 电极中以促进电子导电性。在电极制造过程中，包含活性材料、溶剂、粘合剂和导电 CB 的浆料使用缝模涂层或刮刀涂层技术沉积在集电器上。

随后，将厚度为t 1的包覆浆料烘干以去除溶剂，将得到的厚度为t 2的包覆电极经压延和施胶后组装成电池。

通常，浆料流变学是通过分别测量粘度和损失以及储存模量作为剪切速率和频率的函数来定义的。100 – 500 s -1剪切速率通常用于集流体上的浆料沉积过程。CB 形态显着影响浆料流变性。

目前，LIB 阳极由含有少量导电 CB、石墨、n-甲基-2-吡咯烷酮 (NMP) 和聚偏二氟乙烯 (PVDF) 的浆料制成。这种浆料的流变学是其微观结构的关键指标，它影响干燥的电极结构，从而影响阳极电化学性能。

观察

使用三种不同的 CB 配方（石墨、NMP 和 PVDF）制备的浆液成功地制造了 LIB 阳极。浆料的流变特性有效地预测了干燥电极/阳极的电化学性能。

在浆料的不同流变性能中，储能模量被认为是直接影响干电极/石墨负极的电性能及其电化学性能的最关键因素。

在涂层剪切下，含有 LITX-50 的样品的 G' 显着降低导致浆料中的 CB 簇断开和分散，这显着增加了制造的干电极的厚度和电阻。在使用包含阳极/电极的 LITX-50 的电池中观察到低放电容量。

在将含有 Super C 65 的样品涂覆到屈服应力之上后，没有观察到 G' 的显着增加，并且与使用含有 LITX-50 的浆料制备的电极相比，使用这种浆料制造的干燥电极/阳极显示出较低的电阻和厚度。此外，在循环期间使用这些阳极的电池中观察到放电容量的显着损失。

在涂覆过程中观察到含 Super P 浆料的 G' 显着增加，这表明 CB 网络得到了加强，并且使用该浆料制造的电极显示出低电阻。含有这些电极的电池在 10 次循环中表现出优异的放电容量。

总而言之，本研究的结果表明，通过浆料涂覆条件的流变模型可以有效地预测阳极电化学性能。涂覆过程中具有高 G' 的浆料可形成紧凑且更薄的电极，具有出色的放电容量和更低的电阻。