漿料分析系統(tǒng)的開發(fā)背景

隨著全球脫碳和向EV電動(dòng)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。

在鋰電池的漿料（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(huì)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(huì)逐漸降低，內(nèi)阻則會(huì)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(shí)間造成的差異

■ 目的

不同混料時(shí)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

■ 分析

隨著混料時(shí)間的增加，Rratio降低，DCR增加。即混料時(shí)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(huì)隨著混料時(shí)間的增加而上升。所以，混料時(shí)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(shí)間下，時(shí)長超過3分鐘的漿料相對較好。

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

■ 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(shí)的均勻性相較于劑量為0.5g時(shí)的均勻性更低。由此可以推斷出輔助劑劑量為0.75g時(shí)，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(shí)，電子傳導(dǎo)性和動(dòng)態(tài)粘彈性之間的關(guān)聯(lián)性

（信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)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

■ 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(dòng)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(shí)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(diǎn)自動(dòng)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