电极中的各种材料及其基本用途特性是什么_电极中的各种材料及其基本用途特性

一、材料物理和化学特性的定义和描述

比表面积(m2/g):指单位质量物质中颗粒的表面积。(测试方法：计算单位重量材料吸附氩气的体积)。粒度(m):物料粒度的描述是指物料颗粒的直径。D50描述了材料的平均粒度。振实密度(g/cm3):通过一定的机械振动而振动的材料的体积。

此外，材料本身的结构、外观、放电容量、容量效率、杂质含量等也是各种材料性能的制约因素。

二、电极中的各种材料及其基本应用特性。

1、导电剂

碳墨导电剂，属于无定形碳，导电性好，吸附性强，比表面积大，约60-100 m2/g，无容量。人造石墨导电剂的导电性比碳墨稍差，但比表面积较小，为10-30m2/g，自身容量约为290mAh/g，加工性能较好。此外，还有天然石墨，因其导电性好，也可作为导电剂，因其容量高，也可作为负极材料。纳米碳纤维具有良好的导电性和加工性能，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，其自身克容量为135-150mAh/g，压实密度为3.65-4.00g/cc。以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、放电快速等特点，但价格低廉。负极材料：人造石墨、中间相碳微球、天然石墨改性等。普通人造石墨：克容量290-310mAh/g，密实度1.45-1.55g/cc。中间相炭微球：克容量为310-320mAh/g，密实度为1.55-1.65g/cc。天然石墨的改性：克容量为320-340mAh/g，密度为1.55-1.65g/cc。

3、胶水

对于PVDF的俗名，化学名称为聚偏氟乙烯，其粘度受分子量、官能团位置和加工工艺的影响。一般来说，对于相同的加工工艺和相同的官能团位置，分子量越高，粘度越高，但随着粘度的增加，浆料的沉降更明显。CMC和SBR用于水基系统。CMC(羧甲基纤维素钠):白色或微黄色粉末，本身具有粘合性能，但在水性体系中最基本的作用是分散物料和SBR。SBR(丁苯橡胶乳液):白色带浅蓝色的乳液状液体，高分子化合物，与CMC混合，其粘合性能良好。

三、电池良好性能需要满足的几个条件

对于材料来说，要想表现出良好的性能，只需要满足以下几个条件1、:材料自身结构的完善性，颗粒大小的均匀性，颗粒外观的光滑性；电极中活性分子的均匀分散；活性分子和导电剂之间的良好接触；4、平滑传导网络；5、与电解液良好的润湿程度；6、各种材料特性的良好工艺条件。

四、混合方法和顺序

1、混合胶水

PVDF:按所要配制的浓度称取足够的PVDF干粉，放入烘箱中，70-80度恒温烘烤60-120分钟，然后称取足够的NMP放入点胶容器中，固定好容器，再将PVDF干粉均匀分散地加入容器中，边搅拌边溶解，直至加入PVDF干粉。尽可能密封容器，搅拌3-4小时。当干粉完全溶解后，慢慢搅拌。这种胶忌水，浓度一般为12%。

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

2、油性材料

取足够的材料，放入160度的真空炉中烘烤4小时。取出材料，搅拌

2.1加入导电剂SP，用足够的NMP湿润，快速搅拌10-20min。

2.2在第一步中加入其他导电剂，快速搅拌10-20分钟。

2.3加入活性物质和胶水，用勺子搅拌，然后放在搅拌机上高速搅拌，直到浆料表面光滑，然后固定在搅拌机上搅拌2小时(此步骤要求浆料高速搅拌，以达到分散的目的)。

2.4调整其固体含量，缓慢搅拌30分钟，以消除所有气泡。

2.5取出浆液和过滤器。

3、混合材料

3.1加入导电剂SP，用少量NMP润湿，搅拌10-20min。

3.2在第一步中加入其他导电剂、活性物质、CMC和适量的H2O，用勺子搅拌，然后放在搅拌机上高速搅拌至浆料表面光滑，再固定在搅拌机上搅拌1.2-1.5h(此步骤要求浆料高速搅拌，以达到分散的目的)。

3.3在第二步中加入适量H2O调整厚度。

3.4在上一步的浆液中加入足够的SBR，中速搅拌至SBR完全溶解，约30分钟。(加入SBR时需要低温和慢速)

3.5向浆液中加入含水量为10-15%的NMP(包括第一步中加入的NMP)，缓慢搅拌约30分钟以消除气泡。

3.6取出浆液和过滤器。

五、实验过程中的常见问题、解决方法及影响

1、干燥目的、时间和温度。电极材料：为了去除水分、油脂和灰尘，烘烤条件一般为160度，4小时。胶水：主要是去除水分，烘烤条件一般是70-80度，60-120分钟。草酸：除水和结晶水外，烘烤条件一般为70-80度30-60分钟。

2、使用导电剂的原则导电剂一般混合使用，取长补短的原则。

3、添加到电池上的导电剂的量的影响。添加较少的导电剂对容量、循环、平台、高低温放电性能、大电流放电、安全性能和内阻都有影响。

4、配料中投料顺序的区别和优缺点。导电剂和胶水的加入顺序，草酸的加入顺序，水性材料中NMP的加入顺序等等。

5、胶水添加量少和错误对电池性能的影响。

6、配料时快速冷却有什么作用？

7、油性负极的配置中为什么要添加草酸，草酸的总量和用量是多少？加入草酸有两个目的：去除铜箔表面的氧化层，在铜箔表面形成腐蚀沟槽，增加浆料对铜箔的附着力。其用量一般为PVDF用量的2%。

8、 CMC CMC和SBR在水性材料中的作用及注意事项。CMC和SBR都是粘合性的，在浆料中一起使用，其中CMC此时主要起分散作用，SBR主要起粘结作用。

9、水基负极为什么要加入NMP，如何使用？在水基负极中加入NMP主要是为了增加负极箔的表面张力，使浆料表面看起来更光滑，避免拉浆时的收边现象。但需要注意的是，SBR和NMP都是高分子有机物，两种材料在高速或高温下都能发生反应，产生胶状外观并伴有产气，表现为浆液中的小孔。

10、固体含量、粘度和胶质类型之间的关系。

11、拉浆时烘箱的温度是多少？拉浆温度过低，极片干燥不彻底，导致后续掉粉，温度过高，极片掉粉或有明显裂纹，收边。

12、拉浆面密度不均匀或太小。拔浆面密度不均匀可分为几个方面：极片正反面密度不一致，两面密度不一致，极片搅拌不均匀导致拔浆面密度不一致，材料本身性能不稳定导致拔浆面密度不稳定，极片密度过大或过小。

13、滚轮的压力调整。从两个方面，一个是从零件的微观结构

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审计彭静

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