CNT导电浆评估实验报告
1、实验目的
验证CNT导电浆的性能，并与现有正极配方（SP、S-0导电剂体系）进行全方位对比，比较其优劣点。
2、实验方案
将该两种配方（CNT导电浆、SP+S-0导电剂）按一定配方和工艺分别配制成浆料并涂布后，配与相同负极片进行卷绕，制作成样品电池。测试样品电池的各项性能，了解该两种不同导电剂配方对电芯性能的影响。
3、实验步骤：
3.1 制作样品电池
将CNT导电浆与SP、S-0导电剂分别按照一定比例和给定的工艺配制成正极浆料，并按照给定的工艺进行涂布、制片。配合相同型号，相同材料的负极片卷绕成卷芯。卷绕前需对每一个正负极片的重量、厚度、尺寸以及基体的重量、尺寸，并将其数据记录于记录表中。电芯卷绕后按照生产工艺进行操作，制作成433450AR-500mAh电芯。
*注意：该两组电芯的制作过程中均由同一个人进行操作，同一台仪器进行测试，并及时详细记录试验过程中所需的数据。
3.2 电池的分组
依据正极配方的不同将该批次电芯分类，具体编号如下：
编号 A B
试验材料 CNT导电浆 SP、S-0
3.3 电池的测试
电池制作完成对该两组电芯进行容量、电压、内阻、厚度以及重量的测试。测试完成之后选取合格的电芯进行循环，倍率的测试。
4、实验结果与分析：
4.1 实验结果
电芯按操作规程进行测试及采集数据，详细请见附表1，附表2。
4.2数据及分析
4.2.1 配方的对比
以下表格为A、B组正极配方的材料比例及负极配方的材料比例：
表1.A、B组正负极配方明细
经计算A组的活性物质比例为98.06%，B组活性物质比例为94%。间接提高其正极克比容量。
4.2.2 搅拌工艺的对比
A组试验正极浆料搅拌工艺如下：
B组试验正极浆料搅拌工艺如下：
对比A、B两组的搅拌时间及加料的繁琐程度：
编号 搅拌时间 加料次数 刮桶次数 加入材料种类 抽真空时间
A 275min 3 3 5 150min
B 475min 5 3 6 全程
表2. A、B两组的搅拌时间及加料的繁琐程度对比
由上表可见A组搅拌工艺较B组搅拌工艺时间缩短了200min，加料次数少了2次，所加入的材料种类少了1种。抽真空时间少了325min。
4.2.3 正极克比容量对比
图1.A、B试验正极活性物质克比容量分布图 图2.A、B试验正极克比容量分布图
由图1可以看出A组与B组试验的正极活性物质克比容量平均值分别为112.3mAh/g，112.0mAh/g。两者正极活性物质克比容量相差不大，这是因为导电剂可形成与活性材料协同作用的电子传导网络，使得电极活性颗粒得以良好的电子连接，但其本身并不能提升活性物质内在的物理化学性质。
图2为A、B试验正极克比容量的对比分布图，由该图可以看出A组的正极克比容量平均值为110.1mAh/g，而B组试验仅为105.8mAh/g。A组比B组大4.3mAh/g。这是由于A组与B组活
性物质比例不同所导致。 4.2.4 内阻对比
图3.A、B 试验电芯序号与内阻的曲线
图3为A 、B 组试验随机抽取的30pcs 电芯其电芯序号与其内阻值的曲线。A 组电芯的平均内
阻为45.1 m Ω，B 组为46.9m Ω。由该图可以看出A 组电芯的内阻普遍低于B 组的电芯。两者内阻平均值相差1.8m Ω。其可能原因为CNT 的结构为大长径比的纤维结构，其与正极活性物质为所形成的电子传导网络为网状结构（如图4）；而SP 和S-0则为长径比很小的类似于圆形颗粒的结构，其与活性材料所形成的电子传导网络近似为球体堆积的结构（如图5）。故A 组内阻会较B 组试验小。
图4.CNT 导电剂与活性物质形成的网状结构 图5.SP 与S-0导电剂与活性物质形成的球体堆积结构
4.2.5 循环性能对比评估报告
电芯 编号 初始容量 （mAh ） 50周循环后 容量（mAh ）
容量保 持率 100周循环后 容量（mAh ）
容量保 持率 A28 635.69 610.71 96.07% 599.3 94.28% A29 628.29 604.69 96.24% 591.21 94.10% B2
7 614.46 591.49 96.26% 561.78 91.43% B28
612.43
592.93
96.82%
560.19
91.47%
表3. A、B 两组电芯循环后容量保持率对比
由表3可以看出A 组的两个电芯50周的容量保持率分别为96.07%、96.24%，100周循环后的容量保持率为94.28%、94.10%。B 组的两个电芯50周的容量保持率分别为96.26%、96.82%，100周循环后的容量保持率为91.43%、91.47%。对比其50周、100周循环容量保持率，A 、B 两组的50周循环容量保持率相差不大，最大值仅为0.75%。但是电芯经过100周循环后，A 组电芯的容量保持率与B 组差值变大，最大值可达2.85%。
图6.A、B两组电芯循环曲线对比图
图6为A、B两组电芯循环曲线的对比图。由该图可以看出编号为A组的两个电芯0-70周的容量下降速率与B组的两个电芯相差不大。电芯循环70周之后A组电芯的容量下降速率有所减缓，而B组电芯容量下降速率却随着电芯循环周数的增加而逐渐增大。
分析B组容量下降原因可能为：
a．B组电芯随着循环次数的增加其电芯内部正极材料由于锂离子的不断嵌入、脱出，导致正极颗粒间的间距加大。使得导电剂与正极活性物质所形成的电子传导网络的电子传输能力变差。因而出现电芯循环变差的现象。
b．B组电芯电解液不足导致循环变差。（详见附表1，附表2）
4.2.6 倍率放电性能对比
图7.A26号电芯倍率放电曲线 图8.A27号电芯倍率放电曲线
图9.B23号电芯倍率放电曲线 图10.B24号电芯倍率放电曲线
电芯编号 0.2C容量 0.5C/0.2C 1.0C/0.2C 2.0C/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% 97.04%
B24 621.9mAh 99.29% 98.37% 96.45%
表4.A、B组电芯倍率放电对比
由表4可以看出A组电芯倍率放电无论是0.5C/0.2C，1.0C/0.2C还是2.0C/0.2C其数值均与B 组电芯相差不大。说明CNT导电胶的应用并未影响电芯的倍率放电性能。
4.2.7 成本分析
下表为厂家给定的不同体系中CNT导电胶的加入量。
配方 纯钴配方 纯锰配方 三元配方
CNT加入量 0.5%0.7%0.8%
表5.CNT导电胶在不同体系中的加入量
由供应商提供的配方如下表：
体系 活性物质 PVDF CNT 固含量
纯钴配方 98.50% 1% 0.50% 77%
纯锰配方 98.30% 1% 0.70% 70%
纯三元配方 98.20% 1% 0.80% 70%
表6.供应商提供的不同体系对应的材料加入量
目前我司所用的配方如下：
体系 活性物质 PVDF SP S-O 固含量
纯钴配方 94.00% 3% 1.50% 1.50% 67%
纯锰配方 94.00% 3% 1.50% 1.50% 63%
纯三元配方 94.00% 3% 1.50% 1.50% 63%
表7. 我司现用的不同体系对应的材料加入量
依照表6，表7核算每1Ah所须正极材料的用量（NMP回收量按照NMP总量的80%计算）。
体系 正极料总质量 活性物质 PVDF CNT导电浆NMP 产生NMP废液
纯钴 7.252 7.143 0.073 0.725 1.477 1.733
纯锰 10.173 10.000 0.102 1.424 3.007 3.488
纯三元 6.789 6.667 0.068 1.086 1.878 2.328 表8. 采用CNT导电胶时不同材料体系1Ah所需的正极材料的用量（单位：g）
正极料总质量活性物质 PVDF SP S-O NMP 产生NMP废液 纯钴 7.599 7.143 0.228 0.114 0.114 3.743 2.994
纯锰 10.638 10.000 0.319 0.160 0.160 6.248 4.998
纯三元 7.093 6.667 0.213 0.106 0.106 4.165 3.332 表9. 我司现用的不同材料体系1Ah所需的正极材料的用量（单位：g）
依据采购部给定的各个材料价格算出每1Ah所需的正极材料费用（NMP废液由厂家按照半价进行回收）：
体系 活性物质 PVDF CNT导电浆 NMP NMP回收价值 合计花费
纯钴 1.25003 0.00906 0.05801 0.03398 0.01993 1.33115
纯锰 0.30000 0.01272 0.11394 0.06916 0.04011 0.45570
纯三元 0.92671 0.00849 0.08690 0.04319 0.02677 1.03852 表10. 采用CNT导电胶时不同材料体系1Ah所需的正极材料费用（单位：元）
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