簡介

鋰電漿料網絡結構的穩定性對于電芯的性能至關重要，良好的網絡結構有助于活性物質、導電劑和粘結劑之間的有效接觸，從而提供必要的電子和離子通道，保證電子和離子傳輸高效；另外穩定的網絡結構可以防止顆粒在儲存、泵送、涂布、恢復過程中重新聚集。以上性能對于電芯的充放電性能和循環壽命至關重要。

開發直接評估測試電池漿料網絡結構穩定性的方案，可實現電芯制程前端的評估，減少由于漿料不合格造成的不良極片的生產就顯得尤其重要；另外，我們也可以通過評估不同漿料網絡結構穩定性，揭示不同配方/工藝對漿料導電網絡穩定性的影響，從而開發更良的配方/工藝的鋰電漿料。

實驗

碳納米管(CNT)作為鋰電池開發中的新一代導電劑，一直以來備受關注，CNT是一種纖維狀導電劑，碳原子排列在管狀表面，直徑為納米級，長度可達微米。碳納米管的特殊的結構和高導電性可以實現少量添即可改善電池充放電效率和循環壽命。此次以不同來源的CNT添加劑制備漿料的測試對比，以及使用該漿料制備的電極極片高倍率充電性能測試對比，研究CNT對漿料及電池極片性能的影響。

我們把不同來源CNT制備的漿料命名為漿料1和漿料2，通過TA儀器的阻抗-流變測試得到的第一個信息是流動曲線，流動曲線表明漿料1和漿料2的黏度值比較相近，黏度趨勢高度一致(如圖1)，較難分辨不同來源CNT對漿料帶來的影響。

圖1：不同來源的碳納米管制備漿料的流動曲線

通過阻抗-流變測試得到的第二個信息是漿料對應剪切速率下的阻抗圖譜(如圖2)，漿料1在不同剪切速率下表現出高度一致的奈奎斯特圖，表明其導電網絡在涂覆過程中具有良好的穩定性，不會因剪切力的施加而分解或重新排列。相比之下，漿料2的奈奎斯特圖顯示出明顯的剪切依賴性(隨著剪切速率的增加，阻抗顯著上升)，表明其導電網絡在剪切條件下變得不穩定，并且碳納米管對漿料的阻抗影響主要在中低頻，這可能與漿料在混合或涂覆過程中的帶來導電網絡結構變化有關，具體原因可進一步探討。

圖2：漿料對應剪切速率的阻抗圖

通過掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示(如圖3)，由漿料1 制成的電極1具有均勻分散的碳納米管(CNTs)網絡結構，而漿料2 制成的電極2則表現出較為聚集的 CNT 分布(束狀結構)，這是漿料2導電網絡穩定性較低的原因。

圖3：不同來源CNT的漿料制備的極片電鏡圖

再進一步的極片測試表明，漿料1制成的電極1的電池在快速放電(3C)時具有更佳的性能(如圖4)。

圖4：不同來源CNT的漿料制備的極片高倍率性能

總結

TA儀器的阻抗-流變(Rheo-Impedance)技術能夠在協助我們在電芯制備前端發現來源不同的碳納米管(CNT)漿料2的導電網絡結構的不穩定性，這一檢測可在大量投料和電極生產之前發現，有助于我們生產品質監控，同時也可以協助研發人員在在配方研究階段評估各個配方對漿料網絡結構穩定性的影響，加速研發進程。

TA儀器2024年全新上市的Rheo-IS流變-阻抗譜，通過旋轉流變和阻抗的聯用，可幫助用戶在獲取鋰電漿料流變曲線、黏彈性等物理性能的同時，得到對應剪切速率下的阻抗信息，揭示不同配方/工藝的漿料網絡結構穩定性和活性物質分散均勻性。

創新的Rheo-IS流變-阻抗譜采用專有的無摩擦設計，無需接觸上板即可同時準確測量流變性能和阻抗信息，且不損耗扭矩。穩定的高頻阻抗測量可進入炭黑導電網，且無需液態電解質進行電接觸。通過先進的帕爾貼設計，實現精確的溫度控制和5分鐘以內的快速更換安裝， 顯著提升了Discovery HR系列混合流變儀的多功能性和易用性。

致謝

本文由TA儀器的王偉華撰寫，陳婷婷校對。

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