电极中的各种材料及其基本用途特性

一、材料理化性能定义及描述

比表面积（m2/g）：指材料单位质量粒子所具有的表面积。（测试方法：计算单位重量的材料所吸附的氩气体积）。粒径（µm）：材料颗粒大小的描述，指材料粒子的直径大小。D50则描述材料平均粒径大小。振实密度（g/cm3）：材料通过一定机械振动所得单位质量所振实下去的体积。

另外，还有材料本身结构、外观型态、放电容量、容量效率、杂质含量等也是各项材料性能制约因素。

二、电极中的各种材料及其基本用途特性

1、导电剂类

碳墨类导电剂，属无定形碳，导电性能良好，有强吸附性，比表面积大，约为60-100 m2/g，其本身没有容量。人造石墨类导电剂，导电性较碳墨类稍差，但比表面积较小，为10-30m2/g，本身有容量，约为290mAh/g，其加工性能较好。另外还有天然石墨类，因其本身导电性良好，也可作为导电剂，又因本身容量较高，也可作为负极材料。而纳米级碳纤维，导电性能良好，加工性能良好，但价格昂贵。

2、电极材料

就一般锂离子二次电池而言正极材料：钴酸锂，本身克容量135-150mAh/g，压实密度3.65-4.00g/cc，LiCoO2为正极的锂离子电池具有开路电压高、比能量高（理论比能量1068Wh/kg，理论容量274mAh/g）、循环寿命长、能快速放电的特点，但价格贵。负极材料：人造石墨、中间相碳微球、天然石墨改性类等等。普通人造石墨：克容量290-310mAh/g，压实1.45-1.55g/cc。中间相碳微球：克容量310-320mAh/g，压实1.55-1.65g/cc。天然石墨改性：克容量320-340mAh/g，压实1.55-1.65g/cc。

3、胶类

对于俗名为PVDF的高分子胶来说，其化学名为聚偏氟乙烯，其粘度的大小受分子量、官能团位置及加工工艺影响。一般来说，对于相同加工工艺、相同官能团位置，则其分子量越大其粘度越高，但随着粘度的增高，其对浆料的沉降现象也就更为明显。而CMC和SBR则为水性体系中所配合使用的胶。CMC（羧甲基纤维素纳）：白色或微黄色粉末，本身有粘接性能，但在水性体系中其最基本作用还是分散材料及SBR。SBR（丁苯橡胶乳 ）：白色带浅蓝色乳状液体，高分子化合物，与CMC混合使用，其粘接性能较好。

三、电池表现良好性能需要满足的几个条件

对于材料来说，要使其表现出良好的性能，无非要达到以下几个条件：1、材料本身结构的完美性，颗粒大小的均一性，颗粒外观的平滑性; 2、活性物分子在电极中的均一散布; 3、活性物分子与导电剂的良好接触; 4、顺畅地传导网络; 5、与电解液良好的浸润程度; 6、针对各种材料性能的良好工艺条件。

四、搅拌方法及顺序

1、搅胶

PVDF：按照所要配置的浓度称取足量的PVDF干粉，放入干燥烘箱内，以70-80度恒温烘烤60-120min，再称取足量的NMP入配胶容器中，将容器固定，再匀速分散地将PVDF干粉加入容器中，边搅动边溶解，直到加完PVDF干粉，将容器尽量密封，搅拌3-4h，待干粉完全溶解，可慢搅以除去胶中的气泡或是将其溶液倒入固定容器中，密封静置一段时间即可。此胶忌水，其浓度一般为12%。

CMC：方法步骤基本同上，只是该溶液体系为水性，其溶剂为去离子水而非NMP，且该溶液体系浓度一般为2-3.5%。

2、搅油性材料

将材料取足量于160度真空烘箱真空烘烤4h，取出材料待其冷却后再行搅拌，一般步骤如下：

2.1 加入导电剂SP，用足量NMP将其润湿，并快搅10-20min。

2.2 向第一步中加入其它导电剂，快搅10-20min。

2.3 加入活性物及胶，用勺子搅拌，后将其置于搅拌器上高速搅拌，直至看到浆料表面较为光滑，转而将其固定于搅拌器上搅拌2h（此步要求浆料要高速稠搅，达到分散之目的）。

2.4 调节其固含，慢搅30min以便除尽汽泡。

2.5 取下浆料，过滤。

3、搅水性材料

3.1 加入导电剂SP，用少量NMP将其润湿，并搅拌10-20min。

3.2 向第一步中加入其它导电剂、活性物及CMC与适量的H2O，用勺子搅拌，后将其置于搅拌器上高速搅拌，直至看到浆料表面较为光滑，再将其固定于搅拌器上搅拌1.2-1.5h（此步要求浆料要高速稠搅，达到分散之目的）。

3.3 向第二步中加入适量的H2O调节稀稠。

3.4 向上一步浆料中加入足量的SBR，中速搅拌至SBR完全溶解，大概30min左右。（加SBR时要求低温慢速）

3.5 加入浆料含水量10-15%NMP（含第1步中加的NMP），慢搅除气泡，30min左右。

3.6 取下浆料，过滤。

五、实验过程中常见问题、解决方案及影响

1、烘料目的、时间及温度。电极材料：为除去其中的水份、油脂及尘灰，烘烤条件一般为160度4H。胶：主要除水份，烘烤条件一般70-80度烘烤60-120min。草酸：除水份及结晶水，烘烤条件一般70-80度烘烤30-60min。

2、导电剂的使用原则。导电剂一般混合使用，采用取长补短法则。

3、导电剂添加量对电池的影响。导电剂加少对容量、循环、平台、高低温放电性能及大电流放电、安全性能、内阻等均有影响。

4、配料时加料顺序之区别与优劣。导电剂与胶添加顺序、草酸添加顺序、NMP在水性料中的添加顺序等等。

5、胶加少及加错对电池性能的影响。

6、配料时急速冷却有何影响。

7、在油性负极配置中为何加草酸以及草酸的加法与及量如何。加草酸有两个目的：除去铜箔表面氧化层及在铜箔表面形成腐蚀沟，增加浆料对铜箔的附着性。其用量一般为PVDF用量的2%。

8、CMC、SBR在水性料中的作用及注意事项。CMC与SBR均有粘接性，在浆料中配合使用，其中CMC在此时主要起分散作用，SBR则主要起粘接作用。

9、配水性负极为何加NMP以及用量方法如何。水性负极中添加NMP主要是增加负箔表面张力，使浆料表看来更为光滑，且为了避免拉浆时的收边现象。不过，加料时应注意：SBR与NMP均为高分子有机物，快速或高温均能使两种材料发生反应，出现果冻状且伴有气体产生，表现为浆料中的小气孔。

10、固含、粘度和胶种类之间关系。

11、拉浆时烘箱温度高低如何。拉浆进温度过低极片未完全烘干致后序掉粉，温度过高，极片掉粉或出现明显裂纹、及有收边现象。

12、拉浆面密度不均匀或偏大偏小。拉浆面密度不均匀分为几个方面：极片前后面密度不一致，两边面密度不一致，极片搅料不均匀导致拉浆时面密度不一致，材料本身性能不稳定致拉浆面密度不稳定，另外还有极片面密度偏大或是偏小。

13、对辊压力调试。从两个方面来说，一是从粒子的微观结构来讲，二是从电极外观来说（起皮、掉粉、压皱）。

14、制片过程中与制片完后极片烘烤条件设制。极片烘烤目的是为了去除水份，但对其温度及时间却有控制，在制片过程中极片烘烤温度为130度，而在制片完成后极片烘烤温度为90度。

15、极片的储存条件。制片完成后，极片要储存在密封干燥环境中。

审核编辑：彭静