基于三元锂离子电池的导电剂优化设计

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0998

储能科学与技术 ›› 2025, Vol. 14 ›› Issue (3): 1187-1197.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0998

基于三元锂离子电池的导电剂优化设计

曾帅波¹(), 李涌仪¹, 彭静¹, 何梓星¹, 梁倬健¹, 徐伟¹, 蓝凌霄², 梁兴华²

^1.广东技术师范大学汽车与交通工程学院，广东广州 510630
^2.广西科技大学机械与汽车工程学院，广西柳州 545000

收稿日期:2024-10-28 修回日期:2024-11-11 出版日期:2025-03-28 发布日期:2025-04-28
通讯作者: 曾帅波 E-mail:zsbqiche@163.com
作者简介:曾帅波（1989—），男，博士，副教授，主要从事新能源器件等方向研究，E-mail：zsbqiche@163.com。
基金资助:
广东省基础与应用基金(2022A1515110102);广西汽车零部件与车辆技术重点实验室2023年度开放项目(2023GKLACVTKF01);广东省重点建设学科科研能力提升工程(2021ZDJS027);广东技术师范大学人才项目(2021SDKYA105);广东技术师范大学研究生教育创新计划(2024XJSFKC008);广东省教育厅高校特色创新项目(2023KTSCX065);国家自然科学基金(22462003)

Optimization design of conductive agent based on ternary lithium-ion battery

Shuaibo ZENG¹(), Yongyi LI¹, Jing PENG¹, Zixing HE¹, Zhuojian LIANG¹, Wei XU¹, Lingxiao LAN², Xinghua LIANG²

^1.School of Automobile and Transportation Engineering, Guangdong Polytechnic Normal University, Guangzhou 510630, Guangdong, China
^2.School of Mechanical and Automotive Engineering, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545000, Guangxi, China

Received:2024-10-28 Revised:2024-11-11 Online:2025-03-28 Published:2025-04-28
Contact: Shuaibo ZENG E-mail:zsbqiche@163.com

摘要/Abstract

摘要：

导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，直接影响电池的内阻、倍率、容量、循环稳定性等性能。为研究导电剂种类以及导电剂含量占比对三元锂离子电池电化学性能的影响，本文通过分别以Super P、L-MWCNT和S-MWCNT为不同导电剂，以NCM622为正极活性材料，按正极活性材料∶导电剂∶黏结剂质量比为8∶1∶1制得3组不同导电剂种类的纽扣电池。通过循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)、充放电测试等电化学测试，研究不同种类的导电剂对三元锂离子电池电化学性能的影响，以此优化导电剂在三元锂离子电池中的选择；并在此基础上，选择其中电化学性能最优的S-MWCNT作为导电剂，探究不同导电剂含量占比对三元锂离子电池性能的影响，优化导电剂含量与电极质量比容量的平衡。结果表明，采用S-MWCNT为导电剂的电池表现出更低的阻抗、更高的放电比容量以及更优的倍率性能和循环稳定性，而其不同含量占比的电池表现出明显的性能差异，这种现象在高倍率充放电时尤为显著。可见，导电剂的选择和优化设计对提高电池性能具有重要意义，此研究可为后续三元锂离子电池中导电剂含量的优化提供参考。

关键词: 导电剂, 多壁碳纳米管, 导电剂的选择, 锂离子电池, 电化学性能

Abstract:

Conductive agents are crucial components of lithium-ion batteries, directly affecting internal resistance, rate capability, capacity, and cycle stability. To investigate the impact of different types and proportions of conductive agents on the electrochemical performance of ternary lithium-ion batteries, this study utilized three conductive agents (Super P, L-MWCNTs, and S-MWCNTs) with NCM622 as the cathode active material. Three types of button cells were prepared with a mass ratio of cathode active material to conductive agent to binder set at 8∶1∶1. Electrochemical tests, including cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and charge-discharge tests, were conducted to assess the effects of various conductive agents on the electrochemical performance of ternary lithium-ion batteries, with the aim of optimizing conductive agent selection. Based on the results, S-MWCNTs, which exhibited the best electrochemical performance, were further employed to explore the impact of varying conductive agent proportions on battery performance, thereby optimizing the balance between conductive agent content and electrode mass-specific capacity. The results indicated that batteries using S-MWCNTs demonstrated lower impedance, higher discharge specific capacity, and superior rate performance and cycle stability. Furthermore, cells with varying S-MWCNT proportions showed significant performance differences, particularly evident during high-rate charge-discharge cycles. This study highlights the importance of selecting and optimizing conductive agents to enhance battery performance, providing a reference for future optimization of conductive agent content in ternary lithium-ion batteries.

Key words: conductive agent, MWCNT, selection of conductive agent, lithium-ion battery, electrochemical performance

中图分类号:

TM 911

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图/表 8

图1

图2

图3

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表1

图5

图6

表2

参考文献 13

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比容量/(mAh/g)	0.1C		0.2C		0.5C		1C		2C		3C
比容量/(mAh/g)	充电	放电	充电	放电	充电	放电	充电	放电	充电	放电	充电	放电
Super P	112	110.9	103.2	98.6	78.5	77	57.5	56.7	43.8	42.9	26.1	25.7
L-MWCNT	140.2	133.8	122.7	120.6	101.9	101	81	80.2	55.7	55	33.7	33.4
S-MWCNT	145.1	136.5	123.6	121.7	111.8	101.4	82.2	81.6	58.2	57.7	37.2	36.7

比容量/(mAh/g)	0.1C		0.2C		0.5C		1C		2C		3C
比容量/(mAh/g)	充电	放电	充电	放电	充电	放电	充电	放电	充电	放电	充电	放电
8.5∶0.5∶1	138.3	136.4	120.5	118.7	93.5	92.8	66	65.8	16.5	16.7	0.6	0.7
8.3∶0.7∶1	139	134	125	123.4	104.4	103.5	82.2	81.6	50.9	50.5	22.1	22.2
8∶1∶1	145.1	136.5	123.6	121.7	111.8	101.4	82.2	81.6	58.2	57.7	37.2	36.7

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基于三元锂离子电池的导电剂优化设计

Optimization design of conductive agent based on ternary lithium-ion battery

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