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对干法工艺正极复合材料中导电剂含量及混合时间差异的考察
返回上一页通过对材料的高度评估强化干法工艺电极的开
| 如今，锂电池已广泛应用于各领域。传统电极制造采用湿法工 艺，该工艺需将活性物质等分散到水或 NMP 等溶剂中，再涂布至集流体。然而，湿法工艺的溶剂干燥环节需消耗大量能源，其能耗占电池生产总能耗的 40% 左右，同时会排放大量 CO2。当前，在电动汽车（EV）及储能等电池核心应用领域，全球对可持续发展的需求持续攀升，业界亟待开发能够降低环境负荷和生产成本的替代工艺。 |  |
干法工艺便是其中之一。该工艺无需使用溶剂，相关技术已在双电层电容器中得到验证，有望实现能耗降低、CO2 减 排及电芯整体成本下降的多重效益。但是，干法工艺的材料研发仍面临诸多挑战，例如在确保高效导电路径的同时，确 定不破坏材料结构的导电剂含量与混合时间。
HIOKI 6686体育的粉末阻抗测试系统，为解决干法工艺材料评估难题而设计，可精准评估粉末材料。借助该系统，研发人 员能提高工艺效率，促进技术创新。本应用案例将探讨如何使用该系统来评估正极复合材料中导电剂的比例及混合时间， 并介绍实现高效电极开发的方法。
干法工艺材料评估的背景与课题
在可持续电池相关解决方案日益增长的需求下，面向纯电动汽车（BEV）的干法工艺受到广泛关注。该工艺有助于减 轻环境负荷，但材料评估仍需谨慎对待。其挑战主要为评估成本高、处理耗时长。传统评估系统通常需搭配多台设备使用， 结果容易出现误差，效率低。
在干法工艺电极的制备过程中，导电添加剂（如乙炔黑（AB））的含量及混合时间出现波动，就可能导致导电通路分布不均。若导电通路形成不完全，导电剂粒子便无法构建连续的通路，电极电阻率会上升，最终导致电池性能下降。
解决方案 ：活用 HIOKI 6686体育粉末阻抗测试系统
HIOKI 6686体育粉末阻抗测试系统可针对上述课题提供高效的解决方案。该系统结合压床、测量�？榧白ㄓ萌砑芄豢焖倬计拦啦牧咸匦�。对研发人员而言，是降低停机时间与成本，同时提升评估精度的有效工具。
测量对象
· 材料信息
活性物质 ：NCM
导电剂 ：AB
粘合剂 ：PTFE
· 配比
NCM ：AB ：PTFE = 100 ：{x} ：3（AB 以 0.5 为间隔，1.5~5.5 比例调配）
· 制备方法
该方法采用原纤化工艺，将 PTFE 聚合物制成超细纤维。
按上述比例称量各粉末且总质量为 10g。
将所有粉末投入自动乳钵 *，分别混合 10 分钟、30 分钟、60 分钟，制得混料。
* ：石川工厂株式会社制造 Tiny OR 式
测量条件
· 电阻测量方式 ：直流电阻测量（使用电阻计 RM3545A）
· 重量 ：100 mg
· 荷载条件 ：0.10 kN、0.50 kN、1.00 kN、1.50 kN、2.00 kN、5.00 kN、10.00 kN
· 电极直径 ：φ10 mm
测量结果与考察
导电剂含量对体积电阻率的影响
下图为混合 10 分钟、荷载 1 kN 条件下，体积电阻率随导电剂比例变化（图 1）。
图 1 体积电阻率随导电剂比例变化
当 AB 比例为 1.5 ～ 2.5 时，与 NCM 的体积电阻率相近。AB 比例达到 3.0 ～ 3.5 后，电阻率急剧下降 ；而当 AB 比 例为 4.0、4.5 时，下降幅度趋于平缓。推测渗流 * 阈值在 AB 比例 3.5 附近，因此在制备干法工艺电极时，需要添加 AB 比例至 3.5 以上的浓度来达到渗流阈值。
* ：渗流指导电剂等导电粒子在电极内部形成连续的导电网络，使电子能够在材料中高效移动的状态。当导电剂的添加量超过渗流阈 值后，体积电阻率会急剧下降，电极的导电性能随之大幅提升。
混合时间差异与体积电阻率的相关性
下图显示了针对 AB 比例为 3.5 的样本，下图为不同荷载条件下体积电阻率的变化（图 2）。
图 2 不同荷载下的体积电阻率变化
混合时间越长，体积电阻率越高。推测混合时间导致电阻率上升的原因为 AB 导电网络被切断，或是 PTFE 粘覆在了 AB 粒子表面。
测试样本
下图为不同混合时间对应的测试样本图（图 3）。
从定性外观来看 ：混合 10 分钟时，样本粉末易飞扬 ；30 分钟时，粉末呈团聚状态 ；60 分钟时，再次变为粉末状 ； 70 分钟时，粉末流动性显著提升。综合这些结果，可以认为 30 分钟为最佳混合时间。
图 3 不同混合时间的样本状态图
结论 ：推进电池研发
HIOKI 6686体育的粉末阻抗测试系统提高了干法工艺材料的评估效率，是电池领域研发工程师的便捷工具。借助本系统， 技术人员可掌握导电剂的最佳配比及混合时间，助力解决干法工艺实用化中的难题。有望降低制造成本、减少 CO2 排放， 并推动可持续能源技术的发展。对于电池研发从业者而言，本系统不仅能有效解决当前的技术难题，更将为未来的技术革新注入动力。
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