时间：2019年11月09日 作者：91再生 来源：91再生网
锂离子电池的正、负极极片设计参数主要包括活性物质负载、孔隙率、厚度以及活性物质、粘合剂和导电添加剂之间的比例。在电极配方方面，文献已经报道了很多，比如石墨-LFP体系，就有40多种配方，活性材料的比例从60%到95%，粘合剂的比例从2%到25%，导电添加剂的比例从3%到30%，这些配方范围特别大。而在企业里面，电极配方也是非常机密的，无论技术交流还是具体合作，各单位也极少涉及到具体的材料体系和配方。
那么，电极配方到底有什么理论指导吗？各厂家又是怎么确定具体配方的？我存在困惑，一直来在学习这个问题，期望寻找答案。我所经历的情况，基本都是通过大量实验，优化总结的电极配方。今天分享一点具体内容，抛砖引玉，欢迎大家讨论。
锂离子电池极片可看成一种复合材料，主要由以下几部分组成：(1)活性物质颗粒，嵌入或脱出锂离子，正极颗粒提供锂源，负极颗粒接受锂离子；(2)导电剂和黏结剂相互混合的组成相(碳胶相)，粘结剂连结活物质颗粒，涂层与集流体，导电剂导通电子；(3)孔隙，填满电解液，这是极片中锂离子传输的通道。
电极中活性物质、导电剂和粘结剂之间的比例以及它们的分布状态会影响电子、离子的传输，电极界面的电化学反应等，从而影响电池性能。理想的电解微观结构如图1所示：导电剂和粘结剂充分分散,均匀分布活性物质颗粒表面,导电剂相互连通形成电子传输网络,粘结剂分布均匀,确保颗粒涂层的结合强度和机械稳定性高,活性物质颗粒保持原始形貌并分散均匀,整齐排列,形成从电极表面到集流体的垂直孔道,确保电解液充分浸润,实现锂离子的快速传导。
此理论是指只有当相邻格子空隙被导电剂占据后，这些空隙才能形成一个导电网络。假设格子空隙被导电剂占据的概率是P，占据概率P的增大可通过改变导电剂的形状来实现。当P增大到某临界值Pc时，就会发生逾渗转变，体系电阻率会突然减小。导电剂的形态和种类众多,颗粒状炭黑和导电石墨是零维结构,而碳纤维和碳纳米管是一维结构,石墨烯是二维片状结构,导电剂的微观结构特征与分布是影响导电性能的重要因素。细小颗粒状的零维结构的导电剂是点接触、线状一维结构导电剂是线接触,片状二维结构导电剂是面接触。颗粒状导电剂更容易在活性物质颗粒表面均匀分散,与活性物质紧密接触,形成良好的短程电子通路,但是在整个电极的厚度方向不利于形成长程的电子传输通道。而一维结构的导电剂与活性物质难形成紧密接触,短程电子传导差,一维长链结构使长程电子传导性能好。石墨烯具有很高的电导率及二维超薄的结构特征,通过与活性物质的“面—点”接触,使得很少含量的石墨烯就可以有效提高电极的电子电导率,但其分散困难,团聚的石墨烯会对电极内部锂离子的传输产生阻碍,影响高倍率条件下电池性能的发挥。综合利用各种形态导电剂的优点,采用多种结构的混合导电剂有利于形成完整的导电网络
球状导电剂的临界值Pc(渗流阈值)比纤维状导电剂大很多。因此，纤维状的CNTs和VGCF作为导电剂时，由于其粒子长径比较大，在格子逾渗理论模型中,1 根CNIs或VGCF可同时占据多个相邻空隙，而球状的炭黑粒子1次只能占据1个空隙且只有相邻空隙被占据后才能形成导电网络。因此，同等条件下，纤维状的CNTs 和GCF导电剂形成网络可能性比炭黑粒子的可能性大很多，如图2所示。
