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如何測試鋰電池漿料的內(nèi)部狀態(tài)

來源:湖南艾克賽普測控科技有限公司   2024年07月26日 09:18  

漿料分析系統(tǒng)的開發(fā)背景

隨著全球脫碳和向EV電動汽車的轉(zhuǎn)變不斷加速,對鋰電池的功能和性能要求越來越高。

鋰電池的漿料(LIB電極漿料)制作中,比如正極(溶劑類)是將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電助劑和粘合劑分散在NMP中制成的。漿料的狀態(tài)會根據(jù)材料的類型和成分以及其分散方法而產(chǎn)生很大差異。如果分散狀態(tài)不好,則無法有效發(fā)揮出每種物質(zhì)自身的性能,并且電池容量會逐漸降低,內(nèi)阻則會逐漸變大。

另一方面,雖然我們能夠知道漿料狀態(tài)下的電氣特性(阻抗特性),但很難知道復(fù)合材料中較為復(fù)雜的漿料的內(nèi)部狀態(tài)(混料狀態(tài))

由此HIOKI開發(fā)了漿料分析系統(tǒng),在此介紹評估LIB電極漿料的電子傳導(dǎo)性,從而推斷出LIB電極漿料內(nèi)部狀態(tài)的案例。


案例1:混料時間造成的差異

■ 目的

不同混料時間下的漿料差異

■ 漿料制成條件

固體含量比例:活性物質(zhì):95% 導(dǎo)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分鐘

粘度調(diào)整工序:用NMP稀釋固體濃度至50%

■ 分析結(jié)果

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■ 分析

隨著混料時間的增加,Rratio降低,DCR增加。即混料時間越短,導(dǎo)電材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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。所以,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分鐘的漿料相對較好

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案例2:導(dǎo)電助劑量的差異

■ 目的

電極電阻降低效果的確認(rèn)取決于導(dǎo)電助劑的添加量。確認(rèn)漿料阻抗及電極電阻之間的關(guān)聯(lián)性。

■ 漿料制成條件

固體含量比例:活性物質(zhì):18 g、導(dǎo)電助劑:0.25g,0.5g,0.75g、粘合劑:0.5g

混料工序:在70%的固體濃度下混料攪拌9分鐘

粘度調(diào)整工序:用NMP稀釋固體濃度至50%

■ 分析結(jié)果

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■ 分析

隨著導(dǎo)電助劑添加量的增加,Rratio上升,DCR下降。這種變化可以認(rèn)為是由于添加了導(dǎo)電助劑而在漿料中構(gòu)建了導(dǎo)電材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),從而降低了漿料的整體電阻,這與漿料分析理論中發(fā)生的變化相一致。

另一方面據(jù)Uniformity顯示,在輔助劑劑量為0.75g時的均勻性相較于劑量為0.5g時的均勻性更低。由此可以推斷出輔助劑劑量為0.75g時,導(dǎo)電材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建程度較高,但是分散程度卻不足。

此外,這些漿料也被制成了電極片,并利用電極電阻測試系統(tǒng)RM2610進(jìn)行分析。隨著導(dǎo)電助劑用量的增加,輔料層電阻、界面電阻都在下降。結(jié)果顯示,漿料的電子傳導(dǎo)性被轉(zhuǎn)移至電極片的電阻特性中,表明涂布工程良好。


案例3:分散劑量不同時,電子傳導(dǎo)性和動態(tài)粘彈性之間的關(guān)聯(lián)性

(信越化學(xué)工業(yè)株式會社提供)

■ 目的

分散劑添加量對漿料所產(chǎn)生的影響,須通過阻抗、流變兩方面確認(rèn)

■ 漿料制成條件

固體含量比例:活性物質(zhì) :96%、導(dǎo)電助劑 :2%、粘合劑:2%、分散劑:0.08% ~0.16%(4%~8% vs 導(dǎo)電助劑量)

導(dǎo)電助劑漿料的制成:導(dǎo)電助劑、分散劑、純NMP導(dǎo)電助劑漿料的制成

電極漿料的制成:添加活性物質(zhì)、粘合劑溶液、電極漿料的制成

■ 分析結(jié)果

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■ 分析

?分散劑:添加 4% → 5% vs 導(dǎo)電助劑量

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(dǎo)電助劑的凝聚體,形成的導(dǎo)電助劑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)起到了導(dǎo)電通道的作用

?分散劑:添加 5% → 8% vs 導(dǎo)電助劑量

隨著分散劑添加量的進(jìn)一步增加,漿料中的G ”成為了主導(dǎo)地位,這樣雖能提升其流動性并能夠調(diào)整其涂布性能,但是由于Rratio降低,表明在導(dǎo)電助劑網(wǎng)絡(luò)持續(xù)微小化的同時裂解也在發(fā)生。


鋰電池漿料分析測試儀器

● 日置LCR測試儀IM3536或IM3536-01(免費(fèi)提供測量軟件SA2633)

    頻帶掃描:500 點自動測量

● 測量夾具SA9002

    SA9001 專用、一鍵安裝、附帶短路治具

● 電極容器SA9001

    無需清洗電芯,容量:約 1ml

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