锂离子电池作为现在应用较广的新能源系统 ，它在手机、电脑、汽车、储能等领域都有普遍的应用远景。近年来 ，由于各领域对快充性能的要求越来越高 ，提升电池的倍率性能成为锂电研究职员一直探索的偏向。锂离子电池是由正负极、隔膜、电解液等组成 ，当电池充电时 ，锂离子会从正极脱出 ，在电解液的支持情形中 ，穿过隔膜嵌入负极 ，而电池倍率性能是与锂离子整个迁徙历程的阻力有关 ，寻找合适的要领降低各个环节的阻力需要研发职员孜孜不倦的探索。导电剂对锂离子电池倍率性能的提升起到了要害性的作用 ，也有许多相关研究批注它的加入可以改善电子传输路径 ，加速电荷转达的速率 ，提升电池性能 ，但导电剂由于颗粒尺寸和密度小于活性子料 ，怎样包管它在浆料和极片层级疏散匀称 ，也是提升电池倍率要关注的重点[1-6]。本文通过改变导电碳的含量 ，从粉末、浆料、极片和扣式电池四个层级划分表征电阻性能的转变 ，定性的剖析导电碳对各层级电阻的影响 ，同时探索最适合的导电碳含量对电性能的影响 ，为电池工艺和配方开发职员提供有利的手艺要领支持。
1.1 质料
镍钴锰三元质料（NCM） ，导电碳（SP） ，聚偏氟乙烯（PVDF） ，N-甲基毗咯烷酮（NMP） ，2032型扣式电池。
1.2 剖析测试仪器
四探针粉末电阻仪（PRCD2100-IEST）-四探针模式 ，浆料电阻仪（BSR2300-IEST） ，极片电阻仪（BER2500-IEST） ，以上三种装备均泉源于元能科技（厦门）有限公司；电池测试仪（CT-4008T-Neware） ，电化学事情站（DH7001）。
1.3 实验要领
凭证表1所示配方比例 ，制备五组正极浆料、极片和扣式电池 ，划分接纳差别的测试装备对浆料、极片和扣式电池的电阻性能举行测试 ，剖析导电碳含量转变时对各层级电性能的影响。
表1. 五组样品的质量百分比
组别 | 质量百分比 | ||
| 三元质料 | 导电碳 | PVDF | |
| A | 98% | 0% | 2% |
| B | 97% | 1% | 2% |
| C | 96.5% | 1.5% | 2% |
| D | 96% | 2% | 2% |
| E | 95% | 3% | 2% |
凭证表1中各组质料的比例称取物料 ，接纳高速混淆脱泡机混淆搅拌11分钟 ，对制备的浆料样品 ，一部分举行电阻率测定 ，一部分使用半自动自动涂布机举行涂布至铝箔上；待极片烘干后 ，一部分极片举行极片电阻率测定 ，一部分使用辊压机举行极片辊压 ，辊压后的极片一半举行极片电阻测定 ，一半用于扣式电池的组装。在氩气手套箱中组装扣式电池 ，其中三元极片为正极 ，锂片为负极。
2.1 粉末层级电阻率性能剖析
对使用的三元质料和导电碳划分举行粉末电阻率测试 ，从图1可看出 ，随着测试压强的增大 ，三元质料和导电碳的压实密度逐渐增大 ，而电阻率均逐渐减小 ，当三元质料压实密度为3.5 g/cm3时 ，电阻率约为16.7Ω*cm ，而当导电碳质料的压实密度为1.0 g/cm3时 ，电阻率约为0.02 Ω*cm ，因此在粉末层级 ，三元质料电阻率是导电碳的835倍 ，导电碳的导电性远远好于三元质料 ，这会影响后续浆料和极片的导电性能。
图1.（a）粉末压实密度随测试压强转变曲线图
图1.（b）粉末电阻率随压实密度转变曲线图
2.2 浆料和极片层级电阻率性能剖析
图2（a）为五组浆料电阻率的测试效果 ，从图中可看出 ，浆料电阻率是随着导电碳含量的增多而减小 ，这是由于当导电碳含量增添时 ，在浆料中的悬浮三元颗粒之间有更多的导电碳颗粒毗连 ，因此电子在颗粒之间的转达更快 ，电阻率更小。图2（b）为五组辊压前后的极片电阻率的测试效果 ，从图中可看出 ，无论是否经由辊压 ，极片电阻率都是随着导电碳含量的增多而减小 ，这说明导电碳含量的增大会显著提升颗粒之间的电子导通性能。另外 ，辊压后由于颗粒之间以及涂覆层与集流体的接触更细密 ，因此辊压后的极片电阻率数值比辊压前低一个数目级 ，这也说明辊压会使正极极片的导电性显着提高。
图2.（b）五组极片电阻率曲线图
2.3 扣式电池电阻性能剖析
对五组经由充放电一圈活化后的扣式电池举行交流阻抗谱测试和倍率性能测试 ，效果如图3(a)、3(b)和3(c)所示。在锂离子电池系统中 ，阻抗谱中的中高频率规模 ，代表电子转移和电荷转达 ，低频规模代表离子扩散[7]。从图3(b)中可以看出随着导电碳含量从0%增添至3%时 ，电池的电子转移Rs和电荷转达电阻Rct之和也逐渐减小 ，这说明导电碳的添加量对电池电阻的改善是有显著正向作用的。另外 ，若仅较量高频处的电子电阻时 ，它会受扣式电池壳体与极片的接触电阻的影响 ，前两组的转变趋势与导电碳含量转变纷歧致。从图3(c)的差别倍率放电容量坚持率来看 ，随着放电倍率逐渐增添至2.5 C ，当导电碳含量小于1%时 ，电池的放电容量险些降到了2% ，而当导电碳含量大于1.5%时 ，电池的放电容量依旧坚持在80%以上。因此 ，适当含量的导电碳可显著提升电池的倍率性能。
图3.（a）五组扣式电池的EIS曲线图
图3.（b）五组扣式电池的电子电阻和离子电阻曲线图
图3.（c）五组扣式电池的差别倍率放电坚持率曲线图
本文从粉末、浆料、极片和扣式电池四个层级 ，划分对五组差别导电碳含量的样品举行电阻性能定量剖析 ，发明加入比三元质料导电性好的导电碳后 ，浆料、极片、扣式电池的电导性能均有一定水平的提升 ，且适当含量的导电碳可显著提升电池的倍率性能。本文的研究 ，提醒电池相关研究职员在举行电池配方改善时 ，既可以从差别层级评估电性能 ，也要注重适当导电碳的含量对电池的倍率性能的影响。
