鋰離子電池的製備工藝一般是將粉末狀的正、負極活性物質等組分分散在膠液之中，獲得均勻的漿料，透過塗布機將漿料塗布在箔材上，經過烘乾將漿料中的溶劑蒸乾，最終獲得均勻的電極。

電極的製備工藝對於電極的最終微觀結構和電池的電效能會產生顯著的影響，近日，美國德雷塞爾大學的

Renee M. Saraka

（第一作者）和

Nicolas J. Alvarez

（通訊作者）等人對電極的塗布剪下速度和烘乾溫度對電極的電化學效能的影響進行了研究。

之前的研究表明烘乾溫度會對粘結劑在電極內部的分佈產生顯著的影響，過高的烘乾溫度會導致粘結劑富集在電極的表面，從而影響電極的粘接性。剪下速率也會對電極產生顯著的影響，例如研究表明提高剪下速度會導致電極兩側的厚邊區域變得更大，影響電極的均勻性和一致性。漿料內部由於氫鍵等化學作用力的存在，使得漿料中的顆粒容易團聚為小團簇，只有在剪下速度達到一定值時才會打破這種團聚，使得漿料更為均勻，因此也不能一味的降低漿料的剪下速度。

實驗中採用的電極含有95%的NMC111材料，2。5%的炭黑導電劑和2。5%的PVDF粘結劑，實驗中採用的塗布剪下速度分別為300、750和1300/s，採用的烘乾溫度分別為室溫、80℃和150℃。

下圖為不同條件下製備的電極的倍率效能測試結果，從下圖a、b可以看到在室溫下乾燥的電極，剪下速度率會對電極的倍率效能產生顯著的影響，更高的剪下速率會獲得更好的倍率效能，而在150℃的烘乾溫度下製備的電極，剪下速率則不會對倍率效能產生顯著的影響。從下圖c可以看到，在1300/s的剪下速度下，提高烘乾溫度能夠提升電極的倍率效能。透過對比b和c可以看到電極的倍率效能更多的是受到烘乾溫度的影響，剪下速度的影響相對較小。下圖d中總結了不同剪下速度和烘乾溫度下製備的電極在0。5C倍率下的放電容量，從圖中能夠看到在較低的剪下速率下，隨著烘乾溫度的升高，電極的放電容量單調增加。 在中等的剪下速度下，電極的容量隨著烘乾溫度先降低後升高，容量最低點發生在80℃，當剪下速度達到1300/s時，電極的放電容量最高，同時受烘乾溫度的影響也最小，當採用150℃烘乾時，無論是採用哪種剪下速度都能夠獲得最高的放電容量。

電極在充放電的過程中主要由電子傳導和離子傳導兩個過程構成，因此通常而言電極越薄，孔隙率較高時，則電極的倍率效能越好。下圖為不同的塗布剪下速度和烘乾溫度下電極的厚度和容量。下圖a中的方框圈出的1和2表示分別採用300和500/s剪下速度，在23℃下烘乾後獲得電極，從圖中能夠看到兩者在孔隙率上的差距為±20%，厚度差距為±10um，但是兩者在放電容量上的差距則達到了43mAh/g（30%）。而在下圖b中圓圈圈出的1和2電極在孔隙率和電極厚度上的差距與上者類似，但是電極容量卻相差不大，這表明除了電極厚度和孔隙率外還有其他的因素對電極的倍率效能造成影響。

為了分析造成上述電極倍率效能區別的影響因素，作者採用SEM對電極的微觀結構進行了分析，下圖為分別採用300和1300/s剪下速度下製備的電極在23℃下烘乾後的電極的截面圖，以及Mn和C元素的分佈圖，從下圖Mn元素分佈圖可以看到電極中的Mn元素的分佈相對比較均勻，但是C元素的分佈有著顯著的區別。

通常我們單獨的短程導電網路或長程導電網路都不能很好的發揮電極的倍率效能，只有兩者良好的搭配才能充分發揮電極的倍率效能。為了能夠定量的分析電極內部導電劑的分佈情況，作者採用輻射分佈函式對C元素和Mn元素的分佈進行了分析。下圖a-c為23℃下烘乾後的電極的Mn/C放射分佈圖，其中g（R）表示在一定的Mn畫素區域內發現C畫素的發現機率。從圖a中能夠看到在5um內出現了一個峰，由於NCM顆粒的直徑為5um，因此任何在這一範圍內發現的峰表示碳元素直接與活性物質顆粒接觸，而在5um以外的區域則分佈相對比較平均，這表明導電劑顆粒在電極內部隨機分佈。

從下圖b中可以看到在750/s剪下速度下製備的電極，在20um以上時，碳元素的分佈就較低了，這表明電極內的導電網路主要由短程導電構成。而在下圖c中則能夠看到3個峰，這表明電極內部具有較好的短程、長程複合導電網路，因此使得電極具有更好的導電性，這也是高剪下速率下獲得的電極倍率效能更好的主要原因。

下圖c-e則時在1300/s剪下速度下，分別在23、80和150℃下烘乾的電極的分佈圖，從圖中能夠看到這幾個樣品都具有複雜的多峰分佈結構，這表明在這一條件下製備的電極都具有良好的短程和長程導電網路，因此具有較好的離子電導率，這也是在這些條件下製備的電極倍率效能較好的原因。

鋰離子電池電極漿料作為一種非牛頓流體，其儲存模量G’和耗散模量G’’是非常重要的引數，模量的變化能夠反應漿料結構的變化。例如模量的降低表明漿料內部的碳導電劑發生了團聚。下圖為不同的剪下速率下獲得的漿料的模量測試結果。

從下圖的測試結果可以看到300/s剪下速度下獲得的漿料的模量與剪下之前基本一致，而750/s和1300/s剪下後的漿料的模量則出現了顯著的降低。同時較低剪下速率後的漿料隨著儲存時間的增加，漿料的模量逐漸降低，而750/s和1300/s剪下後的漿料在儲存的過程中，漿料的模量則隨著儲存時間的增加而增加，這表明高剪下速率下獲得漿料，能夠獲得更好的導電網路。

Renee M。 Saraka的研究表明塗布時的剪下速率和電極的烘乾溫度會對導電劑在電極內部的分佈產生顯著的影響，較大的剪下速度和較高的烘乾溫度能夠使得電極內部的碳導電劑形成短程、長程兼顧的導電網路，從而提升電極的導電性，提升電極的倍率效能。

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Correlating Processing Conditions to Short- and Long-Range Order in Coating and Drying Lithium-Ion Batteries， ACS Appl。 Energy Mater。 2020， 3， 1168111689，

Renee M. Saraka, Samantha L. Morelly, Maureen H. Tang, and Nicolas J. Alvarez