簡(jiǎn)介

鋰電漿料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)于電芯的性能至關(guān)重要，良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有助于活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑之間的有效接觸，從而提供必要的電子和離子通道，保證電子和離子傳輸高效；另外穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以防止顆粒在儲(chǔ)存、泵送、涂布、恢復(fù)過(guò)程中重新聚集。以上性能對(duì)于電芯的充放電性能和循環(huán)壽命至關(guān)重要。

開(kāi)發(fā)直接評(píng)估測(cè)試電池漿料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方案，可實(shí)現(xiàn)電芯制程前端的評(píng)估，減少由于漿料不合格造成的不良極片的生產(chǎn)就顯得尤其重要；另外，我們也可以通過(guò)評(píng)估不同漿料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，揭示不同配方/工藝對(duì)漿料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的影響，從而開(kāi)發(fā)更良的配方/工藝的鋰電漿料。

實(shí)驗(yàn)

碳納米管(CNT)作為鋰電池開(kāi)發(fā)中的新一代導(dǎo)電劑，一直以來(lái)備受關(guān)注，CNT是一種纖維狀導(dǎo)電劑，碳原子排列在管狀表面，直徑為納米級(jí)，長(zhǎng)度可達(dá)微米。碳納米管的特殊的結(jié)構(gòu)和高導(dǎo)電性可以實(shí)現(xiàn)少量添即可改善電池充放電效率和循環(huán)壽命。此次以不同來(lái)源的CNT添加劑制備漿料的測(cè)試對(duì)比，以及使用該漿料制備的電極極片高倍率充電性能測(cè)試對(duì)比，研究CNT對(duì)漿料及電池極片性能的影響。

我們把不同來(lái)源CNT制備的漿料命名為漿料1和漿料2，通過(guò)TA儀器的阻抗-流變測(cè)試得到的第一個(gè)信息是流動(dòng)曲線，流動(dòng)曲線表明漿料1和漿料2的黏度值比較相近，黏度趨勢(shì)高度一致(如圖1)，較難分辨不同來(lái)源CNT對(duì)漿料帶來(lái)的影響。

圖1：不同來(lái)源的碳納米管制備漿料的流動(dòng)曲線

通過(guò)阻抗-流變測(cè)試得到的第二個(gè)信息是漿料對(duì)應(yīng)剪切速率下的阻抗圖譜(如圖2)，漿料1在不同剪切速率下表現(xiàn)出高度一致的奈奎斯特圖，表明其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在涂覆過(guò)程中具有良好的穩(wěn)定性，不會(huì)因剪切力的施加而分解或重新排列。相比之下，漿料2的奈奎斯特圖顯示出明顯的剪切依賴(lài)性(隨著剪切速率的增加，阻抗顯著上升)，表明其導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在剪切條件下變得不穩(wěn)定，并且碳納米管對(duì)漿料的阻抗影響主要在中低頻，這可能與漿料在混合或涂覆過(guò)程中的帶來(lái)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，具體原因可進(jìn)一步探討。

圖2：漿料對(duì)應(yīng)剪切速率的阻抗圖

通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示(如圖3)，由漿料1 制成的電極1具有均勻分散的碳納米管(CNTs)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而漿料2 制成的電極2則表現(xiàn)出較為聚集的 CNT 分布(束狀結(jié)構(gòu))，這是漿料2導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性較低的原因。

圖3：不同來(lái)源CNT的漿料制備的極片電鏡圖

再進(jìn)一步的極片測(cè)試表明，漿料1制成的電極1的電池在快速放電(3C)時(shí)具有更佳的性能(如圖4)。

圖4：不同來(lái)源CNT的漿料制備的極片高倍率性能

總結(jié)

TA儀器的阻抗-流變(Rheo-Impedance)技術(shù)能夠在協(xié)助我們?cè)陔娦局苽淝岸税l(fā)現(xiàn)來(lái)源不同的碳納米管(CNT)漿料2的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這一檢測(cè)可在大量投料和電極生產(chǎn)之前發(fā)現(xiàn)，有助于我們生產(chǎn)品質(zhì)監(jiān)控，同時(shí)也可以協(xié)助研發(fā)人員在在配方研究階段評(píng)估各個(gè)配方對(duì)漿料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，加速研發(fā)進(jìn)程。

TA儀器2024年全新上市的Rheo-IS流變-阻抗譜，通過(guò)旋轉(zhuǎn)流變和阻抗的聯(lián)用，可幫助用戶(hù)在獲取鋰電漿料流變曲線、黏彈性等物理性能的同時(shí)，得到對(duì)應(yīng)剪切速率下的阻抗信息，揭示不同配方/工藝的漿料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和活性物質(zhì)分散均勻性。

創(chuàng)新的Rheo-IS流變-阻抗譜采用專(zhuān)有的無(wú)摩擦設(shè)計(jì)，無(wú)需接觸上板即可同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量流變性能和阻抗信息，且不損耗扭矩。穩(wěn)定的高頻阻抗測(cè)量可進(jìn)入炭黑導(dǎo)電網(wǎng)，且無(wú)需液態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行電接觸。通過(guò)先進(jìn)的帕爾貼設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制和5分鐘以?xún)?nèi)的快速更換安裝， 顯著提升了Discovery HR系列混合流變儀的多功能性和易用性。

致謝

本文由TA儀器的王偉華撰寫(xiě)，陳婷婷校對(duì)。

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