導電劑對鋰離子電池性能的影響探究

王仙 胡艷清 羅林

【摘 要】本文通過使用質(zhì)量等同的兩種導電炭黑LITX和SP，并將其與導電石墨KS-6混合在一起，制作成了鋰離子電池，并分別對兩組電池進行了電性能測試，比較了二者的電容量和內(nèi)阻，并對放電性能進行了實驗對比，得出了相應的結(jié)論，以供參考。

【關(guān)鍵詞】導電劑;鋰離子電池;性能

【中圖分類號】TM912 ? 【文獻標識碼】A

一、引言

在復合導電劑中，石墨和炭黑的應用范圍最廣，本文就以導電石墨KS-6和導電炭黑LITX、SP為例進行了探究，用于研究不同導電劑對鋰離子電池性能產(chǎn)生的影響有何不同。

二、實驗

（一）電池的制備

本實驗的電池主要將導電石墨和導電炭黑LITX、SP進行充分混合。對于正極漿料來說，就是將LiFePO4與導電劑、HSV900聚偏氟乙烯粘結(jié)劑進行充分混合，并選取N-甲基吡咯烷酮作為溶劑[1]。對于負極漿料來說，就是將石墨、導電劑SP、粘結(jié)劑羧甲基纖維素鈉和丁苯橡膠進行充分混合，選取去離子水作為溶劑。然后選取厚度為20μm和9μm厚的鋁箔，并將制作好的正負極漿料分別均勻地涂抹在上面，操作完成后，將其進行干燥，干燥條件為真空<-0.08MPa，并用33MPa的壓力輥壓。

（二）導電劑、極片和電池性能測試

實驗對極片的性能、內(nèi)阻和容量、混合動力脈沖能力特性以及低溫條件下的放電性能做了具體測試。首先來看極片性能測試，主要使用的是XLW（PC）智能電子拉力試驗機來檢測極片的抗拉強力，與此同時，對極片進行180°剝離強度測驗。另外，對極片的電阻率進行測驗，選擇的儀器是SZT-D型半導體粉末電阻率測試臺。其次來看內(nèi)阻和容量的測試，首先將電池充滿電，然后使用HIOKI3554電池電壓內(nèi)阻測試儀進行測試，得出內(nèi)阻值，并使用新威512分容柜測試電池的容量。再來看混合動力脈沖能力特性，改測試環(huán)節(jié)使用CT-3008W-SVIOA-F高精度電池性能測試系統(tǒng)，常溫狀態(tài)下施加1C電流，并對其進行重復的充放電，以保證容量的穩(wěn)定。最后再來看低溫條件下放電性能的測試，該測試環(huán)節(jié)應當保證測試環(huán)境是超低溫狀態(tài)，并將電池在低溫環(huán)境中持續(xù)放置四個小時，然后對其進行-20℃、1.0C放電測試，保證放電截止電壓是2.0V。

三、結(jié)果與分析

（一）基本物化性能數(shù)據(jù)

表1展示了LITX和SP兩種物質(zhì)的基本物理特性，通過觀察我們可以發(fā)現(xiàn)，二者的粒徑分布差別并不算大，而對于酸堿程度來說，LITX表現(xiàn)為中性，SP表現(xiàn)為堿性。不論是比表面積還是灰分，SP的都比較大，而其他物理特性，二者之間沒有較大差別。

（二）極片性能測試

對極片的性能測試結(jié)果如表2所示，通過觀察我們可以看出，兩種極片的剝離強度相差不大，但是以SP+KS-6為導電劑的極片，其抗拉強力更大;以LITX+KS-6為導電劑的極片電阻率較大。

（三）電池基本性能

1.內(nèi)阻和容量

要想對電池的容量進行測試，就需要對電池進行分容，以更好地了解電芯的容量。對電池進行分容就是容量分選、性能篩選分級，測試結(jié)果如圖1所示，分析圖1能夠發(fā)現(xiàn)，以LITX+KS-6為導電劑的電池內(nèi)阻值和容量值均大于以SP+KS-6為導電劑的電池。

2.混合動力脈沖能力特性

混合動力脈沖能力特性能夠有效反映電池的放電性能，本實驗主要就是對電池直流內(nèi)阻進行測試，內(nèi)阻越大，放電能力越弱[2]。通過圖2中不同SOC下電池充放電的內(nèi)阻數(shù)據(jù)可以看出，在充、放電的情況下，隨著SOC的不斷減小，以LITX+KS-6和SP+KS-6為導電劑的電池的內(nèi)阻都逐漸呈現(xiàn)增大的趨勢，兩者相較，以LITX+KS-6為導電劑的電池的充放電內(nèi)阻都大于以SP+KS-6為導電劑的電池的內(nèi)阻。圖3顯示，隨著SOC的不斷減小，無論是在充電還是放電的情況下，以SP+KS-6為導電劑的電池的比功率都大于以LITX+KS-6為導電劑的電池的比功率。

3.低溫-20℃、1.0C放電性能

通常情況下，如果溫度降低，電池的放電性能都會有所降低。在放電開始時，因為電池會出現(xiàn)極化，因此很容易形成壓降，并且放電會產(chǎn)生一定的熱量，導致后學的放電過程中電壓會出現(xiàn)輕微的反彈[3]。通過對低溫放電性能的測試結(jié)果（表3）可以看出，以LITX+KS-6為導電劑的電池的初始容量為13088mAh，放電后容量為3950mAh，容量保持率為30.18%，而以SP+KS-6為導電劑的電池的初始容量為12860mAh，放電后容量為5994mAh，容量保持率為46.61%，低溫-20℃、1.0C放電情況下，以SP+KS-6為導電劑的電池的容量保持率稍高于以LITX+KS-6為導電劑的電池。圖4顯示出，以SP+KS-6為導電劑的電池的放電電壓和放電容量均高于以LITX+KS-6為導電劑的電池，兩者相比較，以SP+KS-6為導電劑的電池有著較好的低溫1.0C放電性能。

四、結(jié)論

本實驗通過對兩種導電劑做出的電池的物化性能以及極片性能進行了測試，測試結(jié)果表明二者的物化性能差異不大，對二者進行分容后發(fā)現(xiàn)，以LITX+KS-6為導電劑電池的內(nèi)阻大于以SP+KS-6為導電劑的電池，但有著較高的容量;在充、放電的情況下，隨著SOC的不斷減小，兩種電池的內(nèi)阻都逐漸呈現(xiàn)增大的趨勢，且以LITX+KS-6為導電劑的電池的充、放電內(nèi)阻都大于以SP+KS-6為導電劑的電池的內(nèi)阻;低溫1.0C放電性能測試結(jié)果表明以SP+KS-6為導電劑的電池有著較好的低溫1.0C放電性能。

【參考文獻】

[1]劉中奎，左陽，馬留可.導電劑對鋰離子電池性能的影響[J].電源技術(shù)，2018，42（08）：1110-1112+1133.

[2]楊中發(fā)，王慶杰，石斌，張云朋.導電劑對鋰離子電池正極性能的影響[J].電池，2015，45（01）：34-36.

[3]靳尉仁，盧世剛，龐靜.導電劑分布狀態(tài)對鋰離子電池性能的影響[J].電池，2010，40（06）：297-299.