粘结剂和乙炔黑含量对石墨电极锂离子电池性能影响

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1、第^届中国纳米科技两安研讨会论文集粘结剂和乙炔黑含量对石墨电极锂离子电池性能影’晌赵廷凯·，王振旭，柳永宁。朱长纯，赵翔，朱杰武(两安变运大学．西安"／10049)摘要：本文通过优化牯结荆和乙炔黑在锂离子电池电横中的含量，使天然石墨作为锂离予电池负极材料的可逆容量和循环寿命达到最优．利用自行设计的小型双电搓模拟电池结构进行电化学测试．实验结果表明。当粘结剂的含量为80／国Z．炔黑的含量为10％时，以石墨为负极材料的锞离子电池可逆容量达到330mAh／g，10次循环容量保持在92％左右．关键词：铿离子电池：牯结剂

2、；乙炔黑；可逆容量t嵌铿性能中圈分类号：TMgll文献标识码：A0．引言目前，商用锂离子电池负极材料以石墨化碳材料为主，石墨具有较高的比容量。较低的嵌锂电位，良好的电位平台和循环性能．它能够很好地满足负极材料的选择标准．是理想的锂离子电池负极材孝喜[1卅。石墨主要包括天然彳i墨、人造石墨及各种石墨化炭，如Z；墨化碳纤维和石墨化中间炭微球。与其他嵌锂材料相比，碳材料具有较低的电极电位((1．0VVSLi／L．+)。良好的充放电电位平台，循环寿命长，安全性能好，廉价无毒等优点【5】．研究较多的有“墨、石墨化中间相碳

3、微球(MCMB)、石油焦、聚合物热解炭等【6，81。在锂离子电池碳负极材料中，天然石墨导电性好，结晶度高，具有良好的层状结构．更适合锂离子的嵌入和脱出．石墨的可逆充放电容量可达到300mAh／g以上，接近Lic6的理论容量372mAtegpJ．此外。锂在石墨中的脱，嵌反应和嚣}，嵌容量主要发生在0-2．5V之褐。具有良好的充放电电压平台。电池的放电电压平稳。并且天然石墨的来源J1。泛。价格低廉，因此成为众多研究者关注和研发的热点。在石墨电极中，粘结剂在其中起粘连作用，是不可缺少的组分：乙炔黑可以增加石墨活性物质

4、的导电性能，它们对石墨的嵌锂性能也有重要的影响，但这方面的报道细节相对较少DO-13J。本文通过改变粘结剂和导电剂的含量．对天然石墨的电化学性能进行测试．优化{i墨电极中粘结荆和乙炔黑比例含量。使得铿离子电池的可逆容量和循环性能达到是优．1．实验方法1．1电极的制各本实验采用了铜箔作为集电极(厚度0．1mm)，将集电极材料加：f为直径d约为1．9,,-2．0mm的茵片，在真空干澡箱中干燥磊称F质量，记为m1．其次。将话性物质(aM)*il导电荆(AB．乙炔黑)溶了二粘结剂PVDF(偏聚二氟乙烯)的NMP(N-2

5、甲基毗咯炕酮)的溶剂中(AM：AB：PVDF的质量比为82：8：10)：调节浆料到合适的枯度．最后涂片秤量．将粘度适中的电极浆液均匀的涂至称量完毕的集电极箔片上，干燥箱中干燥12h，在电子天平上称量电极片，记质量m2，则电极材料质量m；

6、rH2·mI。在装配模拟电池前先将电极片再置于真空干缘箱中干燥12h．升将极片在压片机上【MPa下压片。1．2电池的组装本实验使用的是烈电极模拟电池结构，即聚四氟乙烯圆柱体模拟电池。双电极模拟电池暮百罪F下氰飘E)舌弭飘20060391006)作者简舟。赵廷凯(197m1．男．

7、博士后．研究方向为碳纳米材料及能源材料，ztk-xjtu@163．com第六屑中国纳米科技两安研讨会论文集能方便简单的测试电极材料的比容量和循环性能．在手套箱中进行电池的组装，双电极模拟电池按照负极极片．隔膜纸。金属锂片，不锈钢钢体，弹簧片自下而上依次放好。并注入电解液，封口，组装成测试用电池。1．3电化学性能测试恒电流充放电测试根据活性材料的重量和面积(电化学测试参数为电流密度20mA，g或者O．2mA／cm2)．恒定充放电条件．准确得到材料的充放比电容量和循环效率．实验中模拟电池跟实际电池由于存在结构性能差

8、异。经过恒电流充放电循环．由于极化、结构、接触等原因电池性能将下降较快．其放电容量容易衰减。因此模拟电池循环次数控制在10次以上以保证试验结果的精确。装配好的电池采用BTS．5V／50mA测试仪测试电化学充放电性能。放电截止电压为0．01V。充电截止电压为2．8V。2．结果与讨论2．1粘结剂对石墨嵌锂性能的影响首先固定乙缺黑的含量10wt％．}l!其它条件不变，主要研究粘结剂含量变化对锂离子电池电极性能的影响。粘结剂的含量分别为4、6、8、10、12wt％。其SEM结果见卜+图2。图2负极极片SEM照片(a)4

9、％一(b)10％图2是不同粘结剂含量下电极的SEM照片比较。圈2(a)中可以看山．石墨颗粒之间的白色物质为轱结剂。随着粘结剂含量的增加，石墨颗粒之间的白色物质有明显的增加。粘结剂含量达到10％，石墨表面已经附着人餐的白色枯结剂。从图2(b)的午i墨电极表面SEM照片可以明显的看出。图2(a)4％粘结荆的干i墨电极，石墨表面附着少量的絮状粘结剂，而图2(b)10％秸结剂的石墨电极，大量的