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磷酸鐵鋰(LiFePO4)正極材料油系體系合漿常以N- 甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亞礬和二甲基甲酞胺等強極性有機化合物為溶劑，存有溶劑難回收、用量大和污染環(huán)境等問題。LiFePO4正極材料水系體系合漿以去離子水為溶劑，對環(huán)境友好，成本低廉，但是水性粘結(jié)劑正極片存在柔韌性差、活性物質(zhì)粘附力弱和電化學性能較差等問題 。本文制備了不同NMP添加量的正極片，研究NMP對采用水系粘結(jié)劑LA132制備的正極片性能的影響。

1、 實驗

將水系粘結(jié)劑LA132、超導炭黑、去離子水和LiFePO4按質(zhì)量比2.5∶2.5∶50∶40配置成漿料，取4份漿料分別向其添加0、1%、2%、3%的NMP，編號依次為A、B、C 和D。將正極片輥壓壓實，在100℃真空下除去水分和NMP干燥24h，制成活性物質(zhì)含量95%的正極片，將其切成直徑20mm 的圓片。在充滿干燥氬氣的手套箱中，以金屬鋰片為負極，1 mol/LLiPF6/(EC+DEC+DMC) (體積比為1∶1∶1)為電解液，微孔聚丙烯薄膜為隔膜，組裝CR2016型扣式電池。

首先將A~D極片進行180°彎折，然后在拉力試驗機上對極片進行粘附力測試，并在 韌性測試儀上對極片行韌性測試，軸棒的直徑分別為1、2、3、4、6、8、10mm，觀察卷繞后極片的表面是否有裂紋。電池的充放電測試在TT1136型測試儀上進行，測試電流密度為0.1C，測試電壓為2.5~3.5V。

2、 結(jié)果與討論

圖1為LiFePO4極片180°彎折粘附力測試圖，觀察圖1可發(fā)現(xiàn)，極片的粘附力由于NMP的加入得到顯著提高，且極片粘附力提高與NMP的添加量成正比。粘附力是范德華力的一種，取決于分子之間的作用力。

LiFePO4極片的制作過程中，極片難免會接觸空氣中的氧氣，在升溫過程中，受熱的極片與氧氣反應，形成酸性基團。酸性基團缺電子，會與水性粘結(jié)劑中的(-CN)形成分子間作用力弱的氫鍵，改變漿料的觸變性，降低流動性，導致漿料涂布不均。加入NMP后，會將極片上的酸性基團中和，可以降低極片表面電子的損失，阻止?jié){料發(fā)生觸變，增加粘結(jié)劑與集流體的附著力，使正極漿料分散均勻、流動性提高，從而提高可漿料和極片的利用率。因此，加入富電子類溶劑NMP可以改善電池的性能。

表1所示為4種極片柔韌性測試的結(jié)果。觀察圖1可發(fā)現(xiàn)，直徑6mm卷繞針測試A正極時出現(xiàn)表面裂紋，進行直徑1mm卷繞針測試時，極片B~D并未出現(xiàn)表面裂紋。由此看出，柔韌性最差的為純水系正極片，在制備時容易出現(xiàn)裂紋、破損和撕裂等問題。加入NMP可以改善極片的柔韌性，提高極片的利用率。LA132 粘結(jié)劑中的乳膠粒子是強極性聚合物，分子間作用力強，扭曲能力差，極片易斷裂。隨著NMP的添加，LA132粘結(jié)劑中的乳膠粒子直徑隨之增加，扭曲能力增大、分子鏈轉(zhuǎn)動能力降低，極片的柔韌性增強。

表2所示為極片的電化學性能測試結(jié)果。首次放電比容量、充放電效率、放電中值電壓和恒流比的數(shù)值也基本相同。這說明添加NMP對正極片的正極活性物質(zhì)的放電容量和充放電特性沒有影響。

圖2~圖4所示為四種極片的恒流比、倍率放電比容量、放電中值電壓與NMP添加量的關(guān)系。

觀察圖2可發(fā)現(xiàn)，測試條件相同時，4種電池的充電恒流比都在98.2%以上。觀察圖3、圖4可發(fā)現(xiàn)，同一個電極片的放電比容量和中值電壓，隨放電倍率的增加不斷衰減。

極片A和B的放電比容量和中值電壓，在不同放電倍率時基本相等。隨著放電倍率的增加，極片C和極片D的中值電壓和放電比容量逐漸增大，由此看出，當添加不高于1%的NMP時，電池的倍率放電性能不會受到影響；當添加高于1%的NMP時，NMP會影響正極的放電比容量和中值電壓。

圖5所示為4種電池的循環(huán)性能曲線，觀察圖5可發(fā)現(xiàn)，剛開始進行充放電循環(huán)時，極片A和極片B的容量衰減趨勢相近，極片C與極片D的容量衰減趨勢相近，而極片C和極片D的衰減速度較大。隨著循環(huán)的繼續(xù)進行，極片A、C和D的衰減加速，極片B衰減速度基本不變，最終電池容量保持率為極片D＜C＜A＜B。這說明當NMP添加量小于1%時有利于提高電池的循環(huán)特性，當NMP添加量大于1%后電池的循環(huán)特性會受到影響。

3、 結(jié)論

通過添加NMP可以提高正極片的粘附力，且粘附力隨NMP的添加量增大逐漸增強。加入NMP后，會將極片上的酸性基團中和，可以降低極片表面電子的損失，阻止?jié){料發(fā)生觸變，增加粘結(jié)劑與集流體的附著力，使正極漿料分散均勻、流動性提高，從而提高漿料和極片的利用率。NMP添加量小于1%時，不會影響電池的倍率放電性能，并能提高電池的循環(huán)特性，但當NMP添加量大于1%時，NMP會影響正極片的放電比容量和中值電壓，并降低電池的循環(huán)特性。

文獻參考：王萍, 王菲, 崔莉. NMP材料濃度對磷酸鐵鋰電池性能的影響[J]. 電源技術(shù), 2018(012):042.