產品應用・用途
ApplicationLIB 電極導電性漿料的電子傳導性評估
背景
在脫碳素、EV化加速的情況下，對鋰離子電池功能、性能方面的要求日益提升。鋰離子電池中的導電性漿料(LIB電極導電性漿料)，舉例來說，正極(溶劑基黏合劑)是將正極活性物質、導電助劑、黏合劑分散在NMP中來製作的。導電性漿料的狀態，會因材料種類或組成、分散方法而有大幅度的變化。
此外，如果沒有良好的分散的話，則各個物質本來的性能將無法發揮，導致有電池容量低、內部電阻變大的傾向。
另一方面，雖然可以在導電性漿料的狀態知道電氣特性(阻抗特性)，但要知道複合材料且複雜性高的導電性漿料的內部狀態(混合狀態)是
非常困難的。
這邊將介紹一個透過使用導電性漿料分析系統評估 LIB 電極導電性漿料的電子傳導性來評估內部狀態的事例。
事例 1. 混合時間造成的差異
■ 目的
混合時間的最佳化
■ 導電性漿料製作條件
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固體含量比 |
活性物質: 95 % 導電助劑: 2.5 % 黏合劑: 2.5 % |
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混合工序 |
在固體含量濃度為70 %的狀態下混合0, 1, 3, 5分鐘 |
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黏度調整工序 |
用NMP稀釋，使固體含量濃度呈現50 % |
■ 分析結果
■ 考察
隨著混合時間增加，Rratio降低、DCR增加了。這可以推測為當混合時間越短，導電材料的Network會越發達，使導電性漿料的整體電阻變得越低。另一方面，Uniformity隨著混合時間增加上升。因此可以推測導電性漿料的分散性在混合時間較長時表現較佳。 綜合以上內容，可以推斷各混合時間中，導電性漿料中的導電材料狀態為以下，並判斷3分鐘以上的導電性漿料表現較佳。
事例 2. 導電助劑量的差異
■ 目的
確認導電助劑添加量對於電極電阻低下的效果
確認導電性漿料阻抗和電極電阻的關聯性
■ 導電性漿料製作條件
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固體含量比 |
活性物質: 18 g、導電助劑 : 0.25 g, 0.5 g, 0.75 g、黏合劑: 0.5 g |
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混合工序 |
在固體含量濃度為 70 % 的狀態下混合 9 分鐘 |
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黏度調整工序 |
用NMP稀釋，使固體含量濃度呈現50 % |
■ 分析結果
■ 考察
隨著導電助劑的添加量增加，Rratio上升、DCR變低了。這個變化可以推斷為，因添加導電助劑，使得導電性漿料中的導電材料Network 發達，並因此導致導電性漿料的整體電阻變低，產生了符合導電性漿料分析理論的變化。
另一方面，均一性顯示，0.75g 水準的助劑比 0.5g 水準的均一性更低。因此可以推斷，0.75g水準的助劑的導電材料Network雖然比較發達，但分散不足。
另外，將這些導電性漿料電極片化，並用電極電阻測試系統RM2610進行分析後，結果顯隨著示導電助劑的添加量增加，敷料層電阻、界面電阻皆呈現低下狀態。這一結果表明，導電性漿料的電子傳導性傳承給了電極片的電阻特性，是一種良好的塗層工序。
事例 3. 分析分散劑量不同所導致電子傳導性和動態黏彈性的關聯性
（信越化學工業株式會社提供）
■ 目的
從阻抗、流變學兩方面確認分散劑添加量對導電性漿料的影響
■ 導電性漿料製作條件
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固體含量比 |
活性物質: 96 %、導電助劑 : 2 %、黏合劑 : 2 %、分散劑 : 0.08 % ～ 0.16 % （ 導電助劑量的4 % ～ 8 %） |
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導電助劑導電性漿料調製 |
製作僅有導電助劑、分散劑、NMP 的導電助劑導電性漿料 |
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電極導電性漿料調製 |
加入活性物質、黏合劑溶液，製作電極導電性漿料 |
■ 分析結果
■ 考察
・分散劑 添加導電助劑量的 4 % → 5 %
Rratio 急遽上升，G’ 和 G＂差距縮小。
顯示了添加分散劑後，在消除了導電助劑的凝聚體的同時，所形成的導電助劑Network構造亦起到了導電通路的作用。
・分散劑 添加導電助劑量的 5 % → 8 %
若是進一步增加分散劑的添加量，則導電性漿料的G＂將占優勢，因此可以提升流動性，調整塗佈性。但因為Rratio降低的關係，推測在導電助劑Network變細的同時，也發生了切割。
使用服務・設備
- 導電性漿料分析系統 HIOKI 提供服務（使用必須事先購買版權）
- LCR 測試儀 IM3536 HIOKI 產品
- 分析軟體 SA2632 HIOKI 免費提供軟體
- 測量軟體 SA2633 HIOKI 免費提供軟體
- 電極電池 SA9001 HIOKI 產品
- 測試治具 SA9002 HIOKI 產品
- 電極電阻測試系統 RM2610 HIOKI 產品
記載內容為2022年6月1日的資訊。內容可能會有修改・訂正的情形。當中使用的公司名稱和產品名稱，為各公司的註冊商標或商標。
