导电剂对锂离子电池性能的影响探究

王仙 胡艳清 罗林

【摘 要】本文通过使用质量等同的两种导电炭黑LITX和SP，并将其与导电石墨KS-6混合在一起，制作成了鋰离子电池，并分别对两组电池进行了电性能测试，比较了二者的电容量和内阻，并对放电性能进行了实验对比，得出了相应的结论，以供参考。

【关键词】导电剂;锂离子电池;性能

【中图分类号】TM912   【文献标识码】A

一、引言

在复合导电剂中，石墨和炭黑的应用范围最广，本文就以导电石墨KS-6和导电炭黑LITX、SP为例进行了探究，用于研究不同导电剂对锂离子电池性能产生的影响有何不同。

二、实验

（一）电池的制备

本实验的电池主要将导电石墨和导电炭黑LITX、SP进行充分混合。对于正极浆料来说，就是将LiFePO4与导电剂、HSV900聚偏氟乙烯粘结剂进行充分混合，并选取N-甲基吡咯烷酮作为溶剂[1]。对于负极浆料来说，就是将石墨、导电剂SP、粘结剂羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶进行充分混合，选取去离子水作为溶剂。然后选取厚度为20μm和9μm厚的铝箔，并将制作好的正负极浆料分别均匀地涂抹在上面，操作完成后，将其进行干燥，干燥条件为真空<-0.08MPa，并用33MPa的压力辊压。

（二）导电剂、极片和电池性能测试

实验对极片的性能、内阻和容量、混合动力脉冲能力特性以及低温条件下的放电性能做了具体测试。首先来看极片性能测试，主要使用的是XLW（PC）智能电子拉力试验机来检测极片的抗拉强力，与此同时，对极片进行180°剥离强度测验。另外，对极片的电阻率进行测验，选择的仪器是SZT-D型半导体粉末电阻率测试台。其次来看内阻和容量的测试，首先将电池充满电，然后使用HIOKI3554电池电压内阻测试仪进行测试，得出内阻值，并使用新威512分容柜测试电池的容量。再来看混合动力脉冲能力特性，改测试环节使用CT-3008W-SVIOA-F高精度电池性能测试系统，常温状态下施加1C电流，并对其进行重复的充放电，以保证容量的稳定。最后再来看低温条件下放电性能的测试，该测试环节应当保证测试环境是超低温状态，并将电池在低温环境中持续放置四个小时，然后对其进行-20℃、1.0C放电测试，保证放电截止电压是2.0V。

三、结果与分析

（一）基本物化性能数据

表1展示了LITX和SP两种物质的基本物理特性，通过观察我们可以发现，二者的粒径分布差别并不算大，而对于酸碱程度来说，LITX表现为中性，SP表现为碱性。不论是比表面积还是灰分，SP的都比较大，而其他物理特性，二者之间没有较大差别。

（二）极片性能测试

对极片的性能测试结果如表2所示，通过观察我们可以看出，两种极片的剥离强度相差不大，但是以SP+KS-6为导电剂的极片，其抗拉强力更大;以LITX+KS-6为导电剂的极片电阻率较大。

（三）电池基本性能

1.内阻和容量

要想对电池的容量进行测试，就需要对电池进行分容，以更好地了解电芯的容量。对电池进行分容就是容量分选、性能筛选分级，测试结果如图1所示，分析图1能够发现，以LITX+KS-6为导电剂的电池内阻值和容量值均大于以SP+KS-6为导电剂的电池。

2.混合动力脉冲能力特性

混合动力脉冲能力特性能够有效反映电池的放电性能，本实验主要就是对电池直流内阻进行测试，内阻越大，放电能力越弱[2]。通过图2中不同SOC下电池充放电的内阻数据可以看出，在充、放电的情况下，随着SOC的不断减小，以LITX+KS-6和SP+KS-6为导电剂的电池的内阻都逐渐呈现增大的趋势，两者相较，以LITX+KS-6为导电剂的电池的充放电内阻都大于以SP+KS-6为导电剂的电池的内阻。图3显示，随着SOC的不断减小，无论是在充电还是放电的情况下，以SP+KS-6为导电剂的电池的比功率都大于以LITX+KS-6为导电剂的电池的比功率。

3.低温-20℃、1.0C放电性能

通常情况下，如果温度降低，电池的放电性能都会有所降低。在放电开始时，因为电池会出现极化，因此很容易形成压降，并且放电会产生一定的热量，导致后学的放电过程中电压会出现轻微的反弹[3]。通过对低温放电性能的测试结果（表3）可以看出，以LITX+KS-6为导电剂的电池的初始容量为13088mAh，放电后容量为3950mAh，容量保持率为30.18%，而以SP+KS-6为导电剂的电池的初始容量为12860mAh，放电后容量为5994mAh，容量保持率为46.61%，低温-20℃、1.0C放电情况下，以SP+KS-6为导电剂的电池的容量保持率稍高于以LITX+KS-6为导电剂的电池。图4显示出，以SP+KS-6为导电剂的电池的放电电压和放电容量均高于以LITX+KS-6为导电剂的电池，两者相比较，以SP+KS-6为导电剂的电池有着较好的低温1.0C放电性能。

四、结论

本实验通过对两种导电剂做出的电池的物化性能以及极片性能进行了测试，测试结果表明二者的物化性能差异不大，对二者进行分容后发现，以LITX+KS-6为导电剂电池的内阻大于以SP+KS-6为导电剂的电池，但有着较高的容量;在充、放电的情况下，随着SOC的不断减小，两种电池的内阻都逐渐呈现增大的趋势，且以LITX+KS-6为导电剂的电池的充、放电内阻都大于以SP+KS-6为导电剂的电池的内阻;低温1.0C放电性能测试结果表明以SP+KS-6为导电剂的电池有着较好的低温1.0C放电性能。

【参考文献】

[1]刘中奎，左阳，马留可.导电剂对锂离子电池性能的影响[J].电源技术，2018，42（08）：1110-1112+1133.

[2]杨中发，王庆杰，石斌，张云朋.导电剂对锂离子电池正极性能的影响[J].电池，2015，45（01）：34-36.

[3]靳尉仁，卢世刚，庞静.导电剂分布状态对锂离子电池性能的影响[J].电池，2010，40（06）：297-299.