导电剂对锂离子电池低温性能的影响_陆晓刚

电池工业

第卷第期

Chinese Battery Industry

年月

导电剂对锂离子电池低温性能的影响

陆晓刚，杨

赛，单毅敏

（东莞新能源科技有限公司，广东东莞523808）

摘要：采用恒流充放电法和交流阻抗法研究了阳极中添加不同的导电剂对锂离子电池低温性能的影响。运用SEM 观察了添加不同导电剂对阳极极片表面形貌的影响。结果表明，和单一导电添加剂相比，复合导电添加剂使锂离子电池负极的电荷传导能力提高，整个充放电过程中的电荷转移电阻减小，使电池的低温性能得到明显改善。

关键词：导电剂；锂离子电池；负极材料；低温性能中图分类号：TM912.9

文献标志码：A

文章编号：1008-7923（2010）05-0271-03

Effect of conductive additives on the low-temperature performance

of Li-ion battery

LU Xiao-gang, YANG Sai, SHAN Yi-min

（Dongguan Amperex Technology Limited , Dongguan, Guangdong 523808, China ）

Abstract:The influence of conductive additives in anode on the low temperature performance was studied with galavanostatic charge and discharge and electrochemical impedance spectroscopy (EIS)methods. SEM was used to analyze the effect of different conductive additives on the surface morphology of anode. The results showed that , compared with simplex group, compound conductive additives could improve the electric charge transmitting ability of anode, decrease the charge transfer resistance during the charge and discharge process, and greatly improve the low temperature performance.

Key words:conductive additives; Li-ion battery; anode material; low-temperature performance

随着锂离子电池应用领域的不断推广，对其性能的要求也不断提高，常规设计方案的锂离子电池在低温条件下容量迅速衰竭，甚至在负极表面出现析锂，存在一定的安全隐患。因此，提高锂离子电池的低温性能是扩大锂离子电池使用范围的重要发展方向之一。

大量研究均集中在通过优化电解液来改善锂离

收稿日期：2010-03-07

作者简介：陆晓刚（1982-），男，广东省人，工程师；主要研究方向电池材料。

子电池的低温性能[1-4]，但最新研究表明，锂离子电池的低温性能主要决定于石墨负极的反应活性，即低温条件下锂离子通过负极表面SEI 膜的难易程度、电荷转移电阻和锂离子在固相中的扩散速度[5]。

导电剂能够有效地填充在活性材料颗粒间隙中，形成有利于锂离子嵌入和脱嵌的微孔，提高石墨负极的电荷传导能力。本文实验使用的Super P 是一种各相异性的层状石墨，颗粒小于乙炔黑，具有较高的电子传导能力，VGCF 是一种气相生长法碳纤维，

Biography :LU Xiao-gang(1982-),male, engineer.

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陆晓刚，等：导电剂对锂离子电池低温性能的影响

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具有较好的导电和导热性能，同时具有一定的电解液吸附能力[6]。

本文采用恒流充放电法、交流阻抗法研究了阳极导电剂对锂离子电池低温性能的影响，并运用

SEM 观察了添加不同导电剂对阳极极片表面形貌的

影响。

11.1

实验部分

阳极极片的制作

实验用阳极按石墨(活性物质) ∶导电剂∶SBR(水性

乳液黏接剂) ∶CMC(羧甲基纤维素钠)=94.5∶2∶2.5∶1.0的质量比混合，其中一组导电剂采用2%wt VGCF ，另外一组导电剂采用1%wt Super P 和1%wt VGCF(简称为复合导电剂) ，浆料按照正常的工艺流程参数进行搅拌和涂布。

2.2电池的循环性能

锂离子电池在低温充放电过程中，由于出现析

锂的不可逆副反应，容易导致容量的迅速衰竭。图2为低温（14℃）条件下以0.5C 充放电测试383450电池放电容量衰竭环曲线。由图可见，阳极导电剂为

1.2测试电池样品的制作

所有电池均来自生产线上383450（810mAh ），正

2%wt VGCF 时，10次循环后容量保持率为99.5%，而

使用复合导电剂时，10次循环后容量保持率仅为

极材料为LiCoO 2，黏结剂为PVDF(均聚物），负极按照1.1方法制作，电解液为1mol/L LiPF 6/PC+DEC+

98.3%，以上结果表明，复合导电剂能够有效地提高

锂离子电池在低温条件下的循环性能。

DMC(体积比为1∶1∶1) ，导电剂VGCF 由昭和电工株式

会社提供，导电剂Super P 由Timcal 公司提供。

1.3仪器及测试条件

电池的充放电测试在杭可LAB-3AH 机器上进

行。扣式电池充放电测试在武汉兰电公司生产的电池测试仪上进行。交流阻抗测试在德国Zahner 公司的IM6e 型电化学工作站上进行，扫描频率范围为15

kHz ～10mHz, 正弦波振幅为5mV 。实验的结果分析

和结果拟合软件为Zview 。采用KYKY-2800型扫描电镜对含不同导电剂的阳极表面形貌进行分析。

22.1

结果与讨论

导电剂对表面形貌的影响

图1为在阳极中添加不同导电剂对阳极表面形

2.2EIS 研究

在满充条件下，通过交流阻抗测试来研究不同

貌的影响，图1（a) 中纤维状的VGCF 连接活性物质颗粒之间，但VGCF 在活性物质中的分散不均匀，颗粒之间比较松散。这可能是因为碳纤维的比表面积大，在搅拌过程中分散难度增加，导致VGCF 在极片中的分散不均。图1（b) 中的Super P 均匀分散在活性物质表面上，VGCF 连接在活性物质颗粒之间，在两种导电剂的协同作用下，形成了一个导电网络。

的导电剂对锂离子电池电化学性能的影响，测试结果如图3所示。谱线由两个叠加的半圆和一条斜线组成。可以用图4的等效电路来标示该体系，其中高频区的R s 代表电极的电荷传递电阻和电解液的离子传递电阻之和，中频区的并联回路对应的是锂离子在SEI 膜中的迁移过程，R f 、C f 分别代表SEI 膜电阻和界面电容；低频区的并联回路对应的是SEI 膜/电极界面双层电容(C dl ) 和电荷传递电阻(R ct ) ，W 代表的

VGCF 的分散均一性优于图a ），说明采用复合导电

剂有利于提高生产过程的实际加工性能。

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3

结论

年月

是锂离子在固相中的迁移过程。在2%wt VGCF 和复合导电剂中对应的膜阻抗R f 分别为41.16m Ω和

在负极中添加1%wt VGCF 和1%wt Super P 的复合导电剂能够在负极形成一个导电网络，使提高了负极的电荷传导能力，从而有利于电化学反应的进行。使锂离子电池在低温条件下的循环性能得到改善。同时，复合导电剂在一定程度上提高了生产过程的实际加工性能。参考文献：

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31.742m Ω，对应的电荷传递电阻R ct 值分别为39.08m Ω和34.14m Ω。以上结果说明，在负极中添加复合

导电剂，更有利于提高负极的电荷传导能力，同时电荷传递电阻减小表明复合导电剂更有利于电化学反应的进行。

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