隨著鋰離子電池在動(dòng)力電池上大規(guī)模的應(yīng)用，倍率性能也被提高到了前所未有的高度，提升鋰離子電池的關(guān)鍵在于正負(fù)極材料和電解液的選擇，其次電池粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑和活性物質(zhì)的比例，甚至是勻漿工藝都會(huì)對(duì)鋰離子電池倍率性能產(chǎn)生一定程度的影響。我們通常認(rèn)為漿料分散程度越好，則最終形極片中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也就越均勻，因此放電過程中電流分布更加均勻，有利于提升鋰離子電池的倍率性能。然而，近日一份來自日本先進(jìn)工業(yè)技術(shù)研究所的研究報(bào)告卻對(duì)這一常識(shí)提出了質(zhì)疑。

日本先進(jìn)工業(yè)技術(shù)研究所的Kentaro Kuratani（第一作者）等人以LiCoO2作為研究對(duì)象分別采用了下圖所示的分散方法進(jìn)行了分散，以獲得分散程度不同的漿料，其中方法一是一次性加料，也就是將所有的材料（LCO、乙炔黑褐PVDF膠液、NMP）一次性全部加入行星式離心攪拌機(jī)內(nèi)，在2000rpm的轉(zhuǎn)速下分散3min，并重復(fù)6次；方法二則是采用了分步加料的方式（這也是最貼近實(shí)際生產(chǎn)的一種方式），首先將LCO、乙炔黑和PVDF膠液（12%）加入混合罐中混合一次，然乎向其中加入2.16g的NMP再混合1次，然后重復(fù)加NMP再混合步驟5次，總計(jì)加入10.8g的NMP；方法三是在方法二漿料的基礎(chǔ)上再再20m/s的線速度下進(jìn)行15s的高速分散2次。上述三種方法制備的漿料雖然工藝不同，但是最終漿料配方都是一致的，固含量均為60%。

漿料的流變特性對(duì)鋰離子電池電極的涂布具有重要的影響，不同分散工藝也會(huì)對(duì)鋰離子電池漿料的流變特性產(chǎn)生一定成的影響，下圖為采用上面三種工藝制備的漿料的流變特性，可以看到漿料屬于一種非牛頓流體，隨著剪切速度的增大，漿料的粘度呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，在較低的剪切速度（0.1s-1）下三種漿料的粘度計(jì)本上比較接近，但是隨著剪切速度的繼續(xù)增大三種漿料就顯出了明顯的區(qū)別，我們能夠看到采用一次加料方式得到的漿料的粘度最大，采用分步加料的漿料粘度稍低，采用分步加料和高速分散工藝制備的漿料的粘度最低，這表明不同工藝制備的漿料中活性物質(zhì)顆粒的團(tuán)聚程度也存在明顯的區(qū)別。

儲(chǔ)能模量和損失模量是衡量漿料特性的兩個(gè)非常重要的參數(shù)，一般來說分散良好的漿料的儲(chǔ)能模量都要比損失模量低，但是我們從下圖能夠看到一次性加料工藝的漿料的儲(chǔ)能模量要比損失模量高10倍，這也表明漿料中的顆粒存在明顯的團(tuán)聚傾向，這可能是因?yàn)橐胰埠冢ˋB）具有非常強(qiáng)的團(tuán)聚傾向，團(tuán)聚的AB顆粒會(huì)使?jié){料表現(xiàn)的更像是固體。相比之下，采用分步加料工藝制備的漿料和經(jīng)過高速分散的漿料的顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象則要弱的多，因此這也表明采用一次加料工藝制備的漿料團(tuán)聚現(xiàn)象要明顯比分步加料得到漿料嚴(yán)重。

下圖為采用上述的三種漿料制備的電極的CT照片，從下圖a我們能夠看到采用一次性加料工藝制備的漿料涂布后得到電極內(nèi)還有大量的直徑在40-50um左右的團(tuán)聚顆粒，從下圖b能夠看到采用分步加料的方式制備的漿料涂布后的電極中團(tuán)聚的顆粒數(shù)量明顯減少，并且團(tuán)聚顆粒的直徑也降低到了20um左右，而從下圖c中我們幾乎看不到團(tuán)聚的顆粒，這也表明經(jīng)過高速分散后團(tuán)聚的顆粒被進(jìn)一步打散，因此漿料中活性物質(zhì)的分散情況進(jìn)一步改善。這也表明通過采用分步加料和高速分散工藝后能夠顯著的改善漿料的分散情況，減少電極內(nèi)導(dǎo)電劑的團(tuán)聚。

通常我們認(rèn)為分散越好的漿料形成的電極也更加均勻（確實(shí)如此），因此電極的倍率性能應(yīng)該更好，那實(shí)際情況卻是如此嗎？下圖為采用三種漿料制備的電極的倍率放電測(cè)試結(jié)果（充電電流均為10mA/g），在較低的電流密度下，我們發(fā)現(xiàn)三種電極的容量發(fā)揮都在140mAh/g左右，但是隨著電流上升到1000mA/g以上三種電極的倍率性能就開始出現(xiàn)顯著的差異，分散程度最好的分步加料+高速分散電極倍率性能最差（10mAh/g），分散程度中等的分步加料工藝制備的電極的倍率性能反而最好（110mAh/g）。

那么是什么原因造成的分散程度最好的電極反而倍率性能最差呢？下圖是作者給出的一種可能的解釋，首先采用一次性加料工藝制備的電極LCO顆粒和AB顆粒都沒有得到很好的分散，因此倍率性能不佳，采用分步加料后LCO顆粒得到了很好的分散，但是仍然存在部分的AB顆粒的團(tuán)聚，這些團(tuán)聚的AB顆粒為L(zhǎng)CO顆粒之間提供了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此電極的倍率性能得到了明顯的提升，但是采用分步加料+高速分散的漿料中的團(tuán)聚的AB顆粒在經(jīng)過高速分散后也被打碎，因此原本較好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也被破壞，因此也就導(dǎo)致了LCO顆粒之間的阻抗顯著增加，從而造成了電極倍率性能的大幅下降。

Kentaro Kuratani等人的研究成果表明分散工藝對(duì)漿料的分散程度也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響，采用分步加料的方式能夠顯著的提升漿料的分散程度，而高速分散則能夠進(jìn)一步提高漿料的分散程度，但是對(duì)于電池的倍率性能并不是分散程度越高越好，高速分散會(huì)將AB導(dǎo)電劑的團(tuán)聚顆粒打散，從而破壞導(dǎo)電網(wǎng)路，導(dǎo)致電池的倍率性能大幅下降。