CNT導(dǎo)電膠評(píng)估實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、技術(shù)研發(fā)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告1page 1 of 6 cnt 導(dǎo)電漿評(píng)估實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證 cnt 導(dǎo)電漿的性能，并與現(xiàn)有正極配方（sp、s-0 導(dǎo)電劑體系）進(jìn)行全方位對(duì)比，比較其優(yōu)劣點(diǎn)。2、 實(shí)驗(yàn)方案將該兩種配方（ cnt 導(dǎo)電漿、 sp+s-0導(dǎo)電劑）按一定配方和工藝分別配制成漿料并涂布后，配與相同負(fù)極片進(jìn)行卷繞， 制作成樣品電池。 測(cè)試樣品電池的各項(xiàng)性能， 了解該兩種不同導(dǎo)電劑配方對(duì)電芯性能的影響。3、實(shí)驗(yàn)步驟：3.1 制作樣品電池將 cnt 導(dǎo)電漿與 sp、s-0 導(dǎo)電劑分別按照一定比例和給定的工藝配制成正極漿料，并按照給定的工藝進(jìn)行涂布、 制片。配合相同型號(hào)， 相同材料的負(fù)極片卷繞成卷芯

2、。卷繞前需對(duì)每一個(gè)正負(fù)極片的重量、厚度、尺寸以及基體的重量、尺寸，并將其數(shù)據(jù)記錄于記錄表中。電芯卷繞后按照生產(chǎn)工藝進(jìn)行操作，制作成433450ar-500mah 電芯。*注意：該兩組電芯的制作過程中均由同一個(gè)人進(jìn)行操作，同一臺(tái)儀器進(jìn)行測(cè)試，并及時(shí)詳細(xì)記錄試驗(yàn)過程中所需的數(shù)據(jù)。 3.2 電池的分組依據(jù)正極配方的不同將該批次電芯分類，具體編號(hào)如下：編號(hào) ab試驗(yàn)材料 cnt 導(dǎo)電漿 sp、s-03.3 電池的測(cè)試電池制作完成對(duì)該兩組電芯進(jìn)行容量、電壓、內(nèi)阻、厚度以及重量的測(cè)試。測(cè)試完成之后選取合格的電芯進(jìn)行循環(huán)，倍率的測(cè)試。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果電芯按操作規(guī)程進(jìn)行測(cè)試及采集數(shù)據(jù)，詳細(xì)

3、請(qǐng)見附表1，附表 2。4.2 數(shù)據(jù)及分析4.2.1 配方的對(duì)比以下表格為 a、b 組正極配方的材料比例及負(fù)極配方的材料比例：表 1.a、b 組正負(fù)極配方明細(xì) 經(jīng)計(jì)算 a 組的活性物質(zhì)比例為98.06%， b 組活性物質(zhì)比例為 94%。間接提高其正極克比容量。4.2.2 攪拌工藝的對(duì)比a 組試驗(yàn)正極漿料攪拌工藝如下：技術(shù)研發(fā)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告2page 2 of 6 b 組試驗(yàn)正極漿料攪拌工藝如下：對(duì)比 a、b 兩組的攪拌時(shí)間及加料的繁瑣程度：編號(hào) 攪拌時(shí)間 加料次數(shù) 刮桶次數(shù) 加入材料種類 抽真空時(shí)間 a 275min 3 3 5 150min b 475min 5 3 6 全程 表 2. a 、b

4、兩組的攪拌時(shí)間及加料的繁瑣程度對(duì)比 由上表可見 a 組攪拌工藝較 b 組攪拌工藝時(shí)間縮短了200min，加料次數(shù)少了 2 次，所加入的材料種類少了 1 種。抽真空時(shí)間少了325min。4.2.3 正極克比容量對(duì)比圖 1.a、b 試驗(yàn)正極活性物質(zhì)克比容量分布圖 圖2.a、b 試驗(yàn)正極克比容量分布圖 由圖 1 可以看出a 組與b 組試驗(yàn)的正極活性物質(zhì)克比容量平均值分別為112.3mah/g，112.0mah/g。兩者正極活性物質(zhì)克比容量相差不大，這是因?yàn)閷?dǎo)電劑可形成與活性材料協(xié)同作用的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)， 使得電極活性顆粒得以良好的電子連接，但其本身并不能提升活性物質(zhì)內(nèi)在的物理化學(xué)性質(zhì)。圖 2 為 a、

5、b 試驗(yàn)正極克比容量的對(duì)比分布圖，由該圖可以看出a 組的正極克比容量平均值為 110.1mah/g，而 b 組試驗(yàn)僅為 105.8mah/g。a 組比 b 組大 4.3mah/g。這是由于 a 組與 b 組活技術(shù)研發(fā)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告3page 3 of 6 性物質(zhì)比例不同所導(dǎo)致。4.2.4 內(nèi)阻對(duì)比圖 3.a、b 試驗(yàn)電芯序號(hào)與內(nèi)阻的曲線圖 3 為 a、b 組試驗(yàn)隨機(jī)抽取的30pcs電芯其電芯序號(hào)與其內(nèi)阻值的曲線。a 組電芯的平均內(nèi)阻為 45.1 m ，b 組為 46.9m。由該圖可以看出a 組電芯的內(nèi)阻普遍低于b 組的電芯。兩者內(nèi)阻平均值相差 1.8m。其可能原因?yàn)?cnt 的結(jié)構(gòu)為大長(zhǎng)徑比的纖維

6、結(jié)構(gòu)，其與正極活性物質(zhì)為所形成的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) （如圖 4） ； 而 sp和 s-0 則為長(zhǎng)徑比很小的類似于圓形顆粒的結(jié)構(gòu)，其與活性材料所形成的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)近似為球體堆積的結(jié)構(gòu)（如圖5） 。故 a 組內(nèi)阻會(huì)較 b 組試驗(yàn)小。圖 4.cnt 導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 圖5.sp 與 s-0 導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)形成的球體堆積結(jié)構(gòu) 4.2.5 循環(huán)性能對(duì)比電芯編號(hào) 初始容量（mah） 50 周循環(huán)后容量（ mah） 容量保持率 100 周循環(huán)后容量（ mah） 容量保持率 a28635.69610.7196.07%599.394.28%a29628.29604.6996.24%591.2

7、194.10%b27614.46591.4996.26%561.7891.43%b28612.43592.9396.82%560.1991.47%表 3. a 、b 兩組電芯循環(huán)后容量保持率對(duì)比 由表 3 可以看出 a 組的兩個(gè)電芯 50周的容量保持率分別為96.07%、96.24%，100 周循環(huán)后的容量保持率為 94.28%、94.10%。b 組的兩個(gè)電芯 50 周的容量保持率分別為96.26%、96.82%，100周循環(huán)后的容量保持率為91.43%、91.47%。對(duì)比其 50 周、100 周循環(huán)容量保持率， a、b 兩組的50 周循環(huán)容量保持率相差不大，最大值僅為0.75%。但是電芯經(jīng)過

8、100 周循環(huán)后， a 組電芯的容量保持率與 b 組差值變大，最大值可達(dá)2.85%。技術(shù)研發(fā)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告4page 4 of 6 圖 6.a、b 兩組電芯循環(huán)曲線對(duì)比圖圖 6 為 a、b 兩組電芯循環(huán)曲線的對(duì)比圖。由該圖可以看出編號(hào)為a 組的兩個(gè)電芯 0-70 周的容量下降速率與 b 組的兩個(gè)電芯相差不大。 電芯循環(huán) 70周之后 a 組電芯的容量下降速率有所減緩，而 b 組電芯容量下降速率卻隨著電芯循環(huán)周數(shù)的增加而逐漸增大。分析 b 組容量下降原因可能為：ab 組電芯隨著循環(huán)次數(shù)的增加其電芯內(nèi)部正極材料由于鋰離子的不斷嵌入、脫出，導(dǎo)致正極顆粒間的間距加大。 使得導(dǎo)電劑與正極活性物質(zhì)所形成的電子傳

9、導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的電子傳輸能力變差。因而出現(xiàn)電芯循環(huán)變差的現(xiàn)象。bb 組電芯電解液不足導(dǎo)致循環(huán)變差。 （詳見附表 1，附表 2）4.2.6 倍率放電性能對(duì)比圖 7.a26 號(hào)電芯倍率放電曲線 圖8.a27 號(hào)電芯倍率放電曲線圖 9.b23 號(hào)電芯倍率放電曲線 圖10.b24 號(hào)電芯倍率放電曲線 技術(shù)研發(fā)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告5page 5 of 6 電芯編號(hào) 0.2c 容量 0.5c/0.2c 1.0c/0.2c2.0c/0.2c a26 645.3mah 99.66% 98.11% 96.51% a27 643.5mah 99.35% 98.58% 97.13% b23 607.7mah 99.29% 98.55

10、% 97.04% b24 621.9mah 99.29% 98.37% 96.45% 表 4.a、b 組電芯倍率放電對(duì)比 由表 4 可以看出 a 組電芯倍率放電無論是0.5c/0.2c，1.0c/0.2c還是 2.0c/0.2c 其數(shù)值均與 b組電芯相差不大。說明cnt 導(dǎo)電膠的應(yīng)用并未影響電芯的倍率放電性能。4.2.7 成本分析下表為廠家給定的不同體系中cnt 導(dǎo)電膠的加入量。配方 純鈷配方 純錳配方 三元配方 cnt 加入量 0.5%0.7%0.8%表 5.cnt導(dǎo)電膠在不同體系中的加入量 由供應(yīng)商提供的配方如下表：體系 活性物質(zhì) pvdf cnt 固含量 純鈷配方 98.50% 1% 0

11、.50% 77% 純錳配方 98.30% 1% 0.70% 70% 純?nèi)浞?98.20% 1% 0.80% 70% 表 6.供應(yīng)商提供的不同體系對(duì)應(yīng)的材料加入量 目前我司所用的配方如下：體系 活性物質(zhì) pvdf sp s-o 固含量 純鈷配方 94.00% 3% 1.50% 1.50% 67% 純錳配方 94.00% 3% 1.50% 1.50% 63% 純?nèi)浞?94.00% 3% 1.50% 1.50% 63% 表 7. 我司現(xiàn)用的不同體系對(duì)應(yīng)的材料加入量 依照表 6，表 7 核算每 1ah 所須正極材料的用量（ nmp 回收量按照 nmp 總量的 80%計(jì)算） 。體系 正極料總質(zhì)量

12、 活性物質(zhì) pvdf cnt導(dǎo)電漿nmp 產(chǎn)生 nmp 廢液 純鈷 7.252 7.143 0.073 0.725 1.477 1.733 純錳 10.173 10.000 0.102 1.424 3.007 3.488 純?nèi)?6.789 6.667 0.068 1.086 1.878 2.328 表 8. 采用 cnt導(dǎo)電膠時(shí)不同材料體系1ah所需的正極材料的用量（單位：g） 正極料總質(zhì)量活性物質(zhì) pvdf sp s-o nmp 產(chǎn)生 nmp 廢液 純鈷 7.599 7.143 0.228 0.114 0.114 3.743 2.994 純錳 10.638 10.000 0.319 0.1

13、60 0.160 6.248 4.998 純?nèi)?7.093 6.667 0.213 0.106 0.106 4.165 3.332 表 9. 我司現(xiàn)用的不同材料體系1ah 所需的正極材料的用量（單位：g） 依據(jù)采購部給定的各個(gè)材料價(jià)格算出每1ah所需的正極材料費(fèi)用 （nmp 廢液由廠家按照半價(jià)進(jìn)行回收） ： 體系 活性物質(zhì) pvdf cnt導(dǎo)電漿 nmp nmp 回收價(jià)值 合計(jì)花費(fèi) 純鈷 1.25003 0.00906 0.05801 0.03398 0.01993 1.33115 純錳 0.30000 0.01272 0.11394 0.06916 0.04011 0.45570 純?nèi)?

14、0.92671 0.00849 0.08690 0.04319 0.02677 1.03852 表 10. 采用 cnt導(dǎo)電膠時(shí)不同材料體系1ah所需的正極材料費(fèi)用（單位：元） 技術(shù)研發(fā)部實(shí)驗(yàn)報(bào)告6page 6 of 6 體系 活性物質(zhì) pvdf sp s-o nmp nmp 回收價(jià)值合計(jì)花費(fèi) 純鈷 1.25003 0.02850 0.00547 0.00262 0.08608 0.03443 1.33826 純錳 0.30000 0.03989 0.00766 0.00367 0.14370 0.05748 0.43744 純?nèi)?0.92671 0.02660 0.00511 0.0024

15、5 0.09581 0.03832 1.01836 表 11. 我司現(xiàn)用的不同材料體系1ah 所需的正極材料費(fèi)用（單位：元） 由表 10 可以得出當(dāng)采用cnt 導(dǎo)電漿為導(dǎo)電劑時(shí)，每1ah 所需的材料費(fèi)用分別為：純鈷體系1.33115元，純錳體系 0.45570元，純?nèi)w系 1.03852元。由表 11 可以得出采用 sp，s-o 為導(dǎo)電劑時(shí)， 每 1ah 所需的材料費(fèi)用分別為： 純鈷體系 1.33826元， 純錳體系 0.43744元， 純?nèi)w系 1.01835元。體系 cnt導(dǎo)電漿sp ，s-o 差額 純鈷 1.33115 1.33826 -0.00711 純錳 0.45570 0.43

16、744 0.01826 純?nèi)?1.03852 1.01835 0.02017 表 12. cnt 導(dǎo)電膠與sp ，s-o 在不同體系中1ah所需的正極材料費(fèi)用（單位：元）對(duì)比兩者每 1ah 所花費(fèi)的正極材料費(fèi)用可以得出以下結(jié)論：在相同制造環(huán)境下，純鈷體系中應(yīng)用 cnt 導(dǎo)電漿對(duì)比采用sp，s-o 每 1ah 的材料費(fèi)用可以節(jié)省0.00711元。在純錳體系中要多花費(fèi) 0.01826元。在純?nèi)w系中則要多花費(fèi)0.02017元。5、結(jié)果與討論：通過以上實(shí)驗(yàn)對(duì)比，應(yīng)用cnt 導(dǎo)電漿與我司目前的sp、s-o導(dǎo)電劑體系有以下幾方面的優(yōu)劣點(diǎn)：a采用 cnt 導(dǎo)電漿雖然不能提升正極純粉的克比容量，但是可以提高其正極的克比容量，間接提高電芯的內(nèi)部空間，提高電芯的能量密度；b 采用 cnt 導(dǎo)電漿的正極漿料攪拌工藝較sp， s-o的正極漿料攪拌工藝的時(shí)間縮短了200min，加料次數(shù)少了 2 次，所加入的材料種類少了1 種。抽真空時(shí)間少了325min；c采用 cnt