摘要
本文研究了LiFePO4（磷酸铁锂）浆料的分散特定和其与PSSA（聚4-苯乙烯磺酸）联合制备的正极材料的电化学特性。通过Zeta电位和流变学的分析研究PSSA对LiFePO4和导电剂石墨和炭黑在水中分散行为的影响。结果表明PSSA吸附在LiFePO4和导电剂上使其在水分散体系中达到静电稳定状态。通过扫描电镜观察到随着PSSA的含量增加，在LiFePO4电极片上的一系列组分的均匀性和分散性更好。然而，过量添加PSSA对阴极的导电性和电容有影响。为了得到最优的电池性能建议根据LiFePO4的PSSA含量为2%wt。
在本研究中，基于水相的LiFePO4分散性和电池性能是研究重点。根据我们之前的工作， PAA-NH4（铵的聚电解质聚丙烯酸）是一种用于Li2CoO3正极材料在水相中的高效分散剂。因此将其用在LiFePO4水相分散中，结果表明完全无效。因为实验中的LiFePO4表面有碳涂层和导电剂，水溶的PSSA作为炭材料的分散剂应用在LiFePO4体系中，添加PSSA用于LiFePO4电极材料的分散作用可通过Zeta电位和流变性能表征。此外，通过测量电极的电导率和可循环行表征LiFePO4电极的电化学性能。
LiFePO4，KS6和Super-P的表面化学性质用电声法设备表征（ZetaProbe，美国Colloind Dynamic 公司.）。水分散悬浮液LiFePO4和KS6的固含量分别为5wt%和1wt%，Super-P通过在去离子水中不同pH条件下（添加HCl和NaOH）混合各种粉末分别添加和不添加PSSA。正极材料浆料的分散特性通过流变仪（AR1000，TA Instruments Ltd. U.K）来表征其流变行为。水相正极浆料中LiFePO4的固含量为40wt%并混合1.5wt%KS6，4.6wt%Super-P，1.7wt%PBA，3.9wt%SCMC，PSSA从0到4wt%梯度投加。所有添加组分含量均基于LiFePO4粉末的含量。浆料解聚并且通过球磨将Y2O3稳定剂ZrO2媒介下室温保存2-3天。
结果与讨论
在LiFePO4和导电剂，KS6和Super-P中加入分散剂PSSA的效果通过测量Zeta电位来表征，具体见图1。LiFePO4和KS6的等电点（IEP）分别为pH3.2和pH8.2，Super-P的等电点在现有的pH研究范围内并未出现。等电点情况下粉末表面净电荷为0并且容易团聚。LiFePO4的水相浆料包括所有正极材料在pH8左右趋于平缓。因此KS6在正极浆料中将团聚。尽管LiFePO4和Super-P的等电点与正极浆料的平衡点不接近，但其Zeta电位绝对值较低仍会使其在浆料中团聚。通过添加2wt%PSSA-投加量基于LiFePO4的质量和25%wt%基于KS6和Super-P的质量，LiFePO4，KS6和Super-P的Zeta电位向负极方向大范围移动。这说明一定有带有负电的材料吸附到粉末表面并且增加其负电荷密度。因为PSSA被称为聚电解质（其化学结构和解离状态如Scheme1a所示），粉末的Zeta电位负值变强是由于解离的PSSA（PSSA-）的吸附造成的。当两个颗粒靠近时，距离小于两倍吸附层厚度时，PSSA-在颗粒的表面科提供静电斥力，能够使颗粒颗粒很好的分散在液体中。（Scheme 1b）
图1. LiFePO4的Zeta电位（a和d）,KS6（b和e）,Super-P（c和f）分别添加和未添加PSSA
结论
本研究首次证实了在LiFePO4正极材料中投加PSSA对其分散性和相应的电池性能有影响。基于Zeta电位的测试结果，PSSA-解聚后可吸附到LiFePO4和导电剂中使其在水相悬浮液中静电稳定。流变测量结果表明可通过添加PSSA增加正极材料的分散均匀性，但PSSA都加量过低会引起聚合物的桥接，进而引发团聚，可通过SEM观察电极片发现。评估LiFePO4正极的电化学特性中发现PSSA过量投加对导电性和能量容量有影响。因为PSSA添加量太少不足与让LiFePO4正极材料充分分散，过量添加对电性能有影响，因此PSSA的建议添加量为2wt%能够使其分散均匀并且有良好的电池性能。
电声法Zeta电位分析仪
ZetaProbe是一款易上手，操作简单，测量准确的Zeta 电位分析仪。对于高达60%v/v浓度的样品。也无需稀释或样品前处理即可直接测量，甚至对于浆糊、凝胶、水泥以及用其它仪器很难测量的材料都可用ZetaProbe直接进行测量。
测量参数
- Zeta电位
- 动态迁移率
- 电导率
- pH 值
- 温度
- 等电点（IEP)
大昌华嘉科学仪器部
大昌华嘉仪器部专业提供分析仪器及设备，代理众多欧美先进仪器，产品范围包括：颗粒，物理，化学，生化，通用实验室的各类分析仪器以及流程仪表设备，在中国的石化，化工，制药，食品，饮料，农业科技等诸多领域拥有大量用户，具有良好的市场声誉。我们的业务逐年增加，市场不断扩大。大昌华嘉公司在中国设有多个销售，服务网点，旨在为客户提供全方位的产品和服务。
点击
阅读原文
了解更多详情
如果您对我们的
任何产品感兴趣，
欢迎通过右侧方式
联系我们！
400 821 0778
ins.cn@dksh.com
大昌华嘉科学仪器部
- 激光粒度分析仪、颗粒图像分析系统、电声法Zeta电位仪、超声法纳米粒度仪
- 光学接触角测量仪、表/界面张力仪
- 比表面及孔隙度分析仪、物理/化学吸附仪
- 压汞仪、通孔孔径分析仪
- 全自动真密度分析仪
- 元素分析仪、总氮/蛋白质分析仪
- 总有机碳（TOC）分析仪
- 总有机卤素分析仪、硫氮氯分析仪
- 密度计/旋光仪/折光仪/糖度仪
- 稳定性分析仪（多重光散射仪）、扩散波光谱仪（光学微流变）、微量视频粘度计
- X射线荧光光谱仪（EDXRF）、显微CT（XRM）
- 纳米颗粒跟踪分析仪
- 水份活度仪
- 流式颗粒成像分析系统
- 全自动氨基酸分析仪
- 薄层色谱成像系统、自动点样仪
- 全自动反应量热仪
- 火焰光度计、氯离子分析仪
- 手持式拉曼光谱仪
- 粉体流动性分析仪、粉体振实密度分析仪、粉体剪切性能分析仪、粉体静电吸附性能分析仪
