锂离子电池极片涂层由以下几个部分组成:(1)活性物质颗粒,在电化学过程中主要脱出或嵌入锂离子;(2)导电剂与聚合物粘结剂相互混合的碳胶相,它们分布在活性物质颗粒之间,相互连通形成三维网络结构,粘结剂使活性物质颗粒粘结在一起,导电三维网络是极片内部电子传输的主要通道;(3)固体相之间的微观孔隙空间,这些孔洞也相互贯通,填充满电解液,孔隙内的电解液相是极片内部锂离子传输的主要通道。
碳胶相微观结构特征
多孔结构的碳胶相分布特征也是非常重要的,一方面导电剂需要形成三维连通的导电网络传递电子,同时孔隙内吸收电解液,成为锂离子传输的通道。如图1所示,碳胶相分散差团聚成大颗粒时,内部孔隙率会比较高;碳胶相分散性太高,颗粒尺寸减小,内部孔隙率会降低,长程连通性变差。只有碳胶相处于合适的分散状态,电池性能才最优。
图1 NMC正极的SEM形貌:(a)碳胶相大颗粒团聚,(b)碳胶相充分分散;(c)碳胶相分布状态示意图
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