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锂电池浆料分散性与电池容量发挥性能的相关性探究

作者:元能科技(厦门)有限公司 浏览: 发表时间:2021-06-08 08:00:00

 

 作者信息及文章摘要

2019年,Kentaro Kuratani团队通过对不同搅拌方式的浆料黏度和CT成像表征,可直观的看出浆料的分散状态,进一步结合扣电的倍率性能,发现高分散性的浆料对应的放电容量反而最低,说明分散性最好时反而不利于电池容量发挥。

 实验信息

²三种浆料制备工艺

 

图1.浆料准备流程

²测试项目

         浆料黏度、极片CT成像、扣电倍率性能。其中CT三维成像步骤如图2所示,最终蓝色的固态相为LCO颗粒,孔隙代表其他几种材料。

 

图2.极片3D成像步骤

 

 结果分析

1. 三种搅拌流程的浆料黏度

对比三种搅拌流程的浆料黏度曲线可发现,在低剪切速率(<1s-1)时,三者的黏度曲线无明显差异,在1s-1~100s-1速率范围内,三种的黏度下降趋势是不同的,其中in-part+high shear方式的浆料黏度下降趋势大于其他两种,这可能与不同方式导致的颗粒分散状态不同有关,需要进一步结合以下的表征方式分析。

 

图3. 三种搅拌流程的浆料黏度曲线

 

2.极片CT成像

从CT图像可看出,in-whole方式的浆料涂成的极片中,大颗粒团聚较多,第二种in-parts方式的极片团聚颗粒明显减少,而in-part+high shear方式得极片中几乎没有团聚得大颗粒,说明这三种搅拌方式得颗粒分散状态是有很大得差别。

 

4. 三种搅拌方式的极片CT成像

3.扣电电化学性能

      从扣电的不同电流密度放电容量数据可看出,随着放电电流密度的增大,当到1000mA/g时,in-part/high shear搅拌方式对应的容量衰减显著大于其他两种,从充放电电压曲线也发现该搅拌方式的电压降是最大的。结合极片的CT图像,我们可推测出分散性最好的一种搅拌方式会使导电炭网络断开,极片的电子电导下降,因此在大电流密度时极化较大,容量降低,当用小的电流密度继续循环时,三种扣电的容量又恢复到一致。

 

5. 三种搅拌方式的扣电倍率性能

 

6. 三种搅拌方式的颗粒分散示意图

 

 总结

本文通过对不同搅拌方式的浆料黏度和CT成像表征,可直观的看出浆料的分散状态,进一步结合扣电的倍率性能,发现高分散性的浆料对应的放电容量反而最低,说明分散性最好时反而不利于电池容量发挥,这主要是因为分散性最好时导电炭网络会断开,极片的电子电导下降,极化增大,因此容量降低。

 

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 参考文献

Kentaro Kuratani, Kaoru Ishibashi, Yoshiyuki Komoda, Ruri Hidema, Hiroshi Suzuki and Hironori Kobayashi1. Controlling of Dispersion State of Particles in Slurry and Electrochemical Properties of Electrodes. Journal of the Electrochemical Society, 166 (4) A501-A506 (2019)


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