锂离子电池(LIBs)因其循环寿命长、工作温度范围宽、能量和功率密度高而被广泛应用于消费电子和电动汽车以及储能应用中。为了满足电动汽车客户提出的更长的单次充电续航里程的需求,必然需要提高电动汽车电池的能量密度,而提高能量密度的方法之一是提高电芯的充电电压。目前,商用锂离子电池单电芯的最高充电截止电压为4.3V,进一步提升电压至4.5V时需要使用耐高电压三元正极材料、耐高电压电解液以及耐高电压分散剂。目前,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为锂离子电池正极材料的常用分散剂具有较好的分散效果,但其在4.3V以上会发生分解,不适用高电压体系。因此,有必要筛选出一种耐高电压且分散效果较好的分散剂。
因此,有必要开发一种分散效果较好且耐高电压的分散剂,可以降低正极极片的膜片电阻、降低电芯的DCR,并且提高电芯的充电电压,增强电芯的循环性能。
经过深入测试筛选,改性HNBR非常有优势。其中,氰基具有较强的稳定性,耐氧化性好,可吸附在导电剂表面,可以提高聚合物分散剂的耐高电压特性和对正极材料的分散效果,长烃基可以让分散剂更好的溶解于溶剂中,长烃基嵌段可以提高极片柔性,同时也具有一定的分散性。该高分子聚合物可作为分散剂使用,其分散效果较好且耐高电压,在高压下使用时不发生分解。
改性HNBR作为正极分散剂用于正极浆料中,由于其具有较好的分散效果,因此能够提高正极浆料的分散均匀性,从而显著降低正极极片的膜片电阻,降低电芯的DCR,抑制DCR的增长,此外,由于其在高压下使用时不发生分解,因此能够提高电芯的充电电压,增强电芯的循环性能。而且适用范围广,适用于高压钴酸锂体系、三元高电压体系、富锂锰基体系以及5V高电压镍锰酸锂体系。
优化HNBR的分子量,而且控制分子量分布在较窄范围内,有利于在较少的添加量内提供更多的极性基团,这些极性基团能够吸附在正极活性物质颗粒表面,提高正极活性物质的分散性,进而降低膜片电阻,降低电芯直流阻抗(DCR)以及提高电芯的循环性能。进一步改善HNBR作为分散剂使用时的分散效果,具有较好的分散效果 同时具有耐高电压特性,电化学稳定性好。
改性HNBR在正极浆料中的质量占比可为0.1%-1.5%,其他添加剂可以包括正极成膜添加剂,还可以包括能够改善电池某些性能的添加剂,例如改善电池过充性能的添加剂、改善电池高温或低温性能的添加剂等。
1,膜片电阻测试:
使用PRCD1100膜片电阻仪,将正极极片裁切成长度>60mm,宽度>30mm的小片,开启膜片电阻仪,调节压力0.2-0.4MPa,手动往上拨动气动开关,用镊子夹住极片,将其放入探头处,手动往下拨动启动开关,即可开始测试,当数值稳定时记录 此时的电阻数据。
2,直流阻抗(DCR)测试:
首先对电芯按进行定容得到容量C0,定容条件:电芯在25℃条件下静置30min,0.33C放电至3.0V,0.33C恒流充电至4.5V,恒压充电,截止电流0.05C,0.33C放电至3.0V,得到容量C0。电芯在25℃条件下静置30min,0.33C0恒流充电至4.5V,恒压充电,截止电流0.05C0,25℃条件下静置5min,0.33C0放电至0.5C0,此时为50%SOC(即,电池容量剩百分之五十),再2C0的倍率放电30s,2C0放电前电压为V1,放电30s后的电压为V2,DCR的计算公式如下:R=(V1-V2)/2C0,得到的值即为50%SOC下的DCR。
3,25℃0.33C充放电循环测试:
首先对电芯进行定容得到容量C0,定容条件:电芯在25℃条件下静置30min,0.33C放电至3.0V,0.33C恒流充电至4.5V,恒压充电,截止电流0.05C,0.33C放电至3.0V,得到容量C0。
电芯在25℃条件下静置30min,0.33C0恒流充电至4.5V,恒压充电,截止电流0.05C0,25℃条件下静置5min,0.33C0放电至3.0V,重复上述步骤直到容量衰减至80%C0截止。