郭子霆 ， 黃錦朝 ， 肖青梅 ， 鐘盛文 *

（江西理工大學(xué)，a.材料冶金化學(xué)學(xué)部; b.江西省動(dòng)力電池及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

鋰離子電池因具有工作電壓高、比能量大、輸出功率大、充電速率快、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品[1]。 近年來，隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，動(dòng)力電池的性能缺陷逐漸暴露出來，例如，能量和功率密度不足[2-4]。 目前，提高鋰離子電池性能的方法主要包括提高鋰離子的擴(kuò)散速率、提高導(dǎo)電劑的電子電導(dǎo)率以及改善電池的制作工藝等[5]。 其中，添加電導(dǎo)率更高的導(dǎo)電劑的方法最實(shí)用，添加少量導(dǎo)電劑即可使性能明顯提升，并可降低生產(chǎn)成本[6]。 目前應(yīng)用較多的炭黑導(dǎo)電劑包括導(dǎo)電炭黑 （Super-P，SP）、 導(dǎo)電石墨 （KS-6）、 碳納米管（CNTs）等[7]。 石墨烯作為一種新型納米碳材料，目前已成為物理、化學(xué)和材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[8]。 石墨烯是一種優(yōu)質(zhì)導(dǎo)電劑， 因其具有二維的片層狀結(jié)構(gòu)[9]，極大地增加了電極顆粒之間的接觸面積，提高了導(dǎo)電性，并降低了導(dǎo)電劑的用量[10]，降低內(nèi)阻并提高電子遷移率、鋰離子和電池的能量密度[11]。 在正極材料顆粒之間加入導(dǎo)電劑，可以降低電池內(nèi)阻，尤其是加入由多相組成的復(fù)合導(dǎo)電劑，因?yàn)樵趶?fù)合導(dǎo)電劑中，導(dǎo)電劑之間存在協(xié)同、互補(bǔ)及激發(fā)作用，其降低電池內(nèi)阻的效果更加明顯[12]。 在正極顆粒內(nèi)部加入導(dǎo)電劑，形成粒內(nèi)三維導(dǎo)電框架， 可以改善正極材料的導(dǎo)電性能[13]。

導(dǎo)電劑的首要作用是提高電子的電導(dǎo)率[14]。為保證電極具有良好的充放電性能，在制作極片時(shí)通常加入適量的導(dǎo)電劑，在活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用[15]，從而降低電阻，加速電子的移動(dòng)速率[16]。此外，導(dǎo)電劑可以提高極片的加工性，促進(jìn)電解液對極片的浸潤[17]，同時(shí)也能有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率，降低極化，提高電極的充放電效率，延長鋰電池的使用壽命[18]。

不同導(dǎo)電劑與正極顆粒連接方式的模型如圖1所示。 首先，SP 與活性物質(zhì)呈點(diǎn)與點(diǎn)接觸，呈鏈狀結(jié)構(gòu)；其次，碳納米管與活性物質(zhì)呈線與點(diǎn)接觸，相較于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑，增大了接觸面積，提高了電導(dǎo)率[19-20]；最后，石墨烯作為新型導(dǎo)電劑，以其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)與活性物質(zhì)呈面與點(diǎn)接觸，實(shí)現(xiàn)在電極上“長程”導(dǎo)電，保證電子的快速傳輸， 最大化地發(fā)揮導(dǎo)電劑的作用，減少導(dǎo)電劑的用量， 同時(shí)可更多地使用活性物質(zhì)，提升鋰電池容量。此外，石墨烯片層較厚，阻礙鋰離子擴(kuò)散，從而降低了極片的離子電導(dǎo)率（一般認(rèn)為6～9 層最適宜），并且石墨烯具有超高的比表面積，片層間存在極強(qiáng)的π-π 鍵相互作用，較難分散[21]。

圖1 不同導(dǎo)電劑與正極顆粒連接方式的示意Fig. 1 Schematic diagram of connection mode between different conductive agents and positive particles

SP 在掃描電鏡（SEM）下呈鏈狀或葡萄狀，單一的SP 顆粒具有非常大的比表面積，又因其呈緊密堆積的結(jié)構(gòu)，有利于顆粒之間相互吸附，構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高離子電導(dǎo)率[22]。 此外，在電池中，SP起到保護(hù)電解液的作用，使電解液充分反應(yīng)，可提高電池使用壽命。

復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 可構(gòu)建以石墨烯為基底，以炭黑為骨架并均勻分散在石墨烯片層表面或邊緣的穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)，解決石墨烯堆疊和炭黑粒子團(tuán)聚的問題，大片層與小顆粒緊密堆積，片狀石墨烯與球形正極顆粒協(xié)同分散，既可提供穩(wěn)定的三維孔隙結(jié)構(gòu)，又能提供三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)， 有利于電解液的滲透與活性物質(zhì)充分反應(yīng)，加速鋰離子的傳導(dǎo)[23]。 本文制備了不同質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP， 研究了其對鋰離子電池三元正極材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電化學(xué)性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑及材料

采用X 射線衍射儀（XRD，日本理學(xué)MiniFlex 600）分析材料結(jié)構(gòu)，掃描范圍為 10°～80°，速度為10 （°）/min； 采用 EVO/MA10 型掃描電鏡 （德國ZEISS 公司） 表征極片微觀形貌； 采用DZF-6050型真空干燥機(jī)（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）干燥極片；采用FA1005 型電子天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司）稱重樣品；采用PC1500-5 型超聲波焊機(jī)（鎮(zhèn)江市天花機(jī)電產(chǎn)品有限責(zé)任公司）焊接正極極耳；采用ST-30 型精密點(diǎn)焊機(jī)（深圳市優(yōu)斯特電子設(shè)備有限公司） 焊接負(fù)極極耳； 采用TCL50X25-S 型簡易側(cè)封機(jī)（寧波亞德客自動(dòng)化工業(yè)有限公司）封裝電池。

以導(dǎo)電炭黑 （SP, 電池級, 廣州市賢人匯國際貿(mào)易有限公司）和SG-01005 石墨烯粉體（青島德通納米技術(shù)有限公司）為導(dǎo)電劑；鋁箔（興恒鋁業(yè)科技有限公司）；鋁塑膜（深圳昭佑科技有限公司）；LS-009 電解液 （深圳新宙邦科技有限公司）； 正極材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（江西江特鋰電材料有限公司）；N-甲基吡咯烷酮（NMP，麥克林試劑公司）；石墨負(fù)極材料（贛州康達(dá)新能源材料有限公司）；無水乙醇（南昌鑫化化工廠）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)中正極材料、黏結(jié)劑PVDF 和導(dǎo)電劑的質(zhì)量比為 90∶4∶6，按 45%的固含量確定 NMP 的用量。首先稱取適量的PVDF，并加入一定體積的NMP 溶劑，用玻璃棒攪拌5 min，放置在60 ℃烘箱，烘干4～5 h后取出，溶液倒入勻漿罐，稱取適量活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑，放入勻漿機(jī)中混勻，隨后將漿料涂覆在鋁箔上。極片烘干后刮極耳，正極極耳寬度為3.5 cm 和0.5 cm，負(fù)極極耳寬度均為0.5 cm。 刮完極耳后輥壓極片，將正極裁成35 cm （ 3.5 cm 的極片），負(fù)極裁成40 cm（4.0 cm 的極片）。 在裁好的正極片 3.5 cm 一側(cè)焊接鋁質(zhì)極耳， 在裁好的石墨負(fù)極片0.5 cm 一側(cè)焊接鎳質(zhì)極耳。 焊接完畢后卷繞并壓實(shí)。 將壓實(shí)的卷芯用鋁塑膜封口后注液，注液后再次封口，靜置24 h 后測試其電化學(xué)性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 導(dǎo)電劑的結(jié)構(gòu)分析

由圖2 可見，導(dǎo)電劑 Gen、SP 和石墨均在 26.25°處存在碳晶面（002）的衍射峰；導(dǎo)電劑 Gen 和SP 均在 43.02°處存在（101）的衍射峰；導(dǎo)電劑 Gen 有 2 個(gè)突出的衍射峰，分別對應(yīng)石墨的（002）晶面和（004）晶面；Gen 和石墨的峰強(qiáng)重合，這是因?yàn)镚en 是二維片狀結(jié)構(gòu)， 多層疊加導(dǎo)致Gen 峰強(qiáng)與石墨重合且較高；SP 的峰較寬，這說明SP 形成溫度較低，并未很好地石墨化，因此峰較寬，處于無定型狀態(tài)。

圖2 單一導(dǎo)電劑石墨烯和SP 的XRD 圖譜Fig. 2 XRD patterns of single conductive agent graphene and Super-P

2.2 導(dǎo)電劑的形貌分析

石墨烯、SP 和復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 的掃描電鏡圖見圖 3。 由圖 3（a）和圖 3（d）可見，球狀顆粒為LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，包覆在其表面的片狀物為石墨烯，石墨烯呈層狀且多層疊加， 有效地將LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2連接并包裹起來，構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使顆粒與顆粒的接觸面積增大，電子遷移率增高，可提升鋰離子電池性能，但石墨烯團(tuán)聚現(xiàn)象較嚴(yán)重，不能構(gòu)成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而使鋰離子傳導(dǎo)較困難，電池內(nèi)耗大。 由圖 3（b）和圖 3（e）可見，小顆粒狀的 SP 填充在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2顆粒間隙構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，但顆粒之間是點(diǎn)與點(diǎn)接觸且填充不充分，不能有效地將孤立的正極顆粒連接起來，因此SP 作為導(dǎo)電劑所制備的鋰離子電池性能比Gen 與復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 的鋰離子電池性能低。 從圖 3（c）和圖 3（f）可見， 復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP 能夠更好地覆蓋LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2顆粒，其原因是：①石墨烯導(dǎo)電劑可通過“點(diǎn)-面”傳導(dǎo)鋰離子，電子更有效地為活性物質(zhì)提供橋鏈結(jié)構(gòu)；②導(dǎo)電炭黑SP 在電極材料中充當(dāng)填充物，連接孤立的活性物質(zhì)和石墨烯。 此外，在復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 中，SP 填充在正極顆粒間隙和石墨烯片層表面，構(gòu)成以石墨烯為基底，以SP 為骨架的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 能有效地解決單一導(dǎo)電劑石墨烯或SP 團(tuán)聚的問題， 降低電池內(nèi)阻，達(dá)到提升鋰離子電池性能的目的。

圖3 添加不同導(dǎo)電劑電池極片的SEM 像Fig. 3 SEM images of electrode sheets of batteries with different conductive agents

2.3 電池電化學(xué)性能分析

2.3.1 首次充放電測試

導(dǎo)電劑總含量為 0.5%、1.0%和 1.5%時(shí)，不同質(zhì)量比的導(dǎo)電劑所制備鋰離子電池的充放電性能如圖 4 所示，添加 0.5%的 Gen/SP （6∶4, 指質(zhì)量比，下同）時(shí)放電比容量最高，為162.3 mAh/g；其 次 為 0.5%的 Gen/SP （4 ∶6）， 放 電 比 容 量 為155.3 mAh/g。

圖4 添加不同含量（0.5%、1.0%、1.5%）和不同質(zhì)量比的Gen/SP 復(fù)合導(dǎo)電劑的充放電曲線Fig. 4 Charge-discharge curves of Gen/SP composite conductive agent with different contents （0.5%, 1.0%, 1.5%） and different mass ratios

在導(dǎo)電劑總含量為0.5%時(shí)， 復(fù)合導(dǎo)電劑放電比容量高于單一導(dǎo)電劑， 不同質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑的放電比容量相差較大， 說明在含量為0.5%時(shí)，復(fù)合導(dǎo)電劑含量較少，不足以構(gòu)成較多的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，鋰離子遷移速率低且遷移數(shù)量少，鋰離子電池性能低。

在導(dǎo)電劑總含量為1.0%時(shí)，3 個(gè)質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （6∶4、7∶3、5∶5）最優(yōu)，其首次放電比容量分別為159.40、160.38、160.60 mAh/g，其中，復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （6∶4）的放電比容量比單一導(dǎo)電劑 Gen 高8.2 mAh/g，比單一導(dǎo)電劑SP 高9.6 mAh/g，并且含量為1.0%時(shí)首次充放電平臺(tái)穩(wěn)定， 說明隨著導(dǎo)電劑含量提高，構(gòu)成較多的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，鋰離子遷移速率增大且數(shù)量增多，鋰離子電池性能提高。

在導(dǎo)電劑總含量為1.5%時(shí)，3 個(gè)質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP（3∶7、5∶5、6∶4）的鋰離子電池性能較優(yōu)， 其首次放電比容量分別為 156.90、155.87、154.80 mAh/g，首次充放電平臺(tái)相對穩(wěn)定，優(yōu)于0.5%時(shí)，但與1.0%時(shí)相比并無較大區(qū)別，在導(dǎo)電劑使用量更少的情況下，1.0%時(shí)鋰離子電池性能更優(yōu)。 由圖4可見，在不同含量下，復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP（6∶4、5∶5）的放電比容量最高。 總結(jié)得出，石墨烯與SP 的質(zhì)量比接近或相等時(shí)， 對鋰離子電池的性能提升能力最優(yōu)，其原因可能是此時(shí)電極中構(gòu)成了穩(wěn)定的三維空隙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)， 石墨烯與SP 被較好地分散。 復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP（1∶9、2∶8、9:1、8∶2）的放電曲線更接近單一導(dǎo)電劑石墨烯或SP 的放電曲線，這說明在復(fù)合導(dǎo)電劑中石墨烯或SP 的質(zhì)量比偏低時(shí)，不足以構(gòu)成以石墨烯為基底、以炭黑為骨架的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并且由于石墨烯與SP 分散困難，使得電池內(nèi)阻偏大，鋰離子難于傳導(dǎo)，電池性能下降。

2.3.2 循環(huán)測試

在0.5 C 條件下， 電池循環(huán)100 次的放電循環(huán)曲線如圖5 所示。在導(dǎo)電劑含量為0.5%時(shí)，循環(huán)曲線分布不均勻，復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP（3∶7、4∶6、5∶5）的鋰離子電池性能較好，首次放電比容量和終止放電比容量分別為 152.9 mAh/g 和 135.9 mAh/g、 140.4 mAh/g 和133.8 mAh/g、 140.3 mAh/g 和 131.5 mAh/g，容量保有率分別為88.89%、95.3%和93.73%。 通過對比發(fā)現(xiàn)，復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP（4∶6）的鋰離子電池性能最優(yōu)。

圖5 添加不同含量（0.5%、1.0%、1.5%）和不同質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑在0.5 C 倍率下的循環(huán)曲線Fig. 5 Cyclic curves of the composite conductive agent with different contents (0.5%, 1.0%, 1.5%) and mass ratios at 0.5 C ratio

在導(dǎo)電劑含量為1.0%時(shí)， 循環(huán)曲線分布均勻，復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP（5∶5、7∶3）的鋰離子電池性能最優(yōu)，首次放電比容量和終止放電比容量分別為157.2 mAh/g和 152.9 mAh/g、153.6 mAh/g 和 150.3 mAh/g，容量保有率分別為97.3%和97.9%。

在導(dǎo)電劑含量為1.5%時(shí)， 循環(huán)曲線分布較不均勻，復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP（6∶4、5∶5）的鋰離子電池性能較好， 首次放電比容量和終止放電比容量分別為 156.0 mAh/g 和 154.0 mAh/g、155.8 mAh/g 和153.2 mAh/g， 容量保有率分別為98.72%和98.3%。通過對比發(fā)現(xiàn)，復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP（6∶4）的鋰離子電池性能最優(yōu)。

綜上所述，在導(dǎo)電劑含量為1.0%時(shí)，電池性能最優(yōu)，其次為含量1.5%，最差為含量0.5%。 因?yàn)殡S著導(dǎo)電劑含量增加， 鋰離子電池內(nèi)部構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)增多，鋰離子遷移速率加快，鋰離子電池性能更好。但是導(dǎo)電劑含量增至1.5%時(shí)， 其循環(huán)性能不及1.0%時(shí)，這可能因?yàn)閷?dǎo)電劑含量較多會(huì)使電解液富集在正極處，導(dǎo)致另一極的鋰離子的傳輸過程緩慢，極化程度高，在高倍率下的比容量下降的幅度較大。 值得注意的是，導(dǎo)電劑含量在0.5%時(shí)，因?qū)щ妱┨砑恿枯^少而表現(xiàn)出較差的性能，但復(fù)合導(dǎo)電劑制備的鋰離子電池性能優(yōu)于單一導(dǎo)電劑，在復(fù)合導(dǎo)電劑中，石墨烯與SP的質(zhì)量越接近，越有利于提升電池性能，再次證實(shí)由零維、一維和二維導(dǎo)電劑構(gòu)成的復(fù)合導(dǎo)電劑可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使導(dǎo)電劑之間發(fā)揮協(xié)同、互補(bǔ)、激發(fā)作用，通過在正極顆粒內(nèi)部加入導(dǎo)電劑，形成粒內(nèi)三維導(dǎo)電框架，改善正極材料導(dǎo)電性能。

2.3.3 內(nèi)阻測試

由圖6 可見，導(dǎo)電劑含量為1.0%時(shí)，電池內(nèi)阻低且穩(wěn)定，其內(nèi)阻基本在50～60 mΩ，電池性能最佳，這說明電池內(nèi)導(dǎo)電劑分布均勻， 構(gòu)成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使鋰離子遷移速率和遷移數(shù)量提高，循環(huán)至后期極化現(xiàn)象較少，電池的循環(huán)壽命提高且循環(huán)穩(wěn)定。 導(dǎo)電劑含量為1.5%時(shí)，內(nèi)阻分布較均勻，但有輕微波動(dòng)，電池性能下降， 這說明當(dāng)導(dǎo)電劑含量增加到一定時(shí)，鋰離子電池內(nèi)導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)分散性差， 發(fā)生團(tuán)聚，使電池內(nèi)耗增大。 導(dǎo)電劑含量為0.5%時(shí)，內(nèi)阻較大，并且波動(dòng)劇烈，電池性能最差，這說明導(dǎo)電劑含量較少時(shí)，構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)較少，極化現(xiàn)象嚴(yán)重，鋰離子遷移速率偏低，遷移困難，鋰離子電池性能差。再次證實(shí)在正極材料顆粒之間加入粒間導(dǎo)電劑，可以降低電池內(nèi)阻，尤其是加入由多相組成的復(fù)合導(dǎo)電劑，效果更加明顯。 此外，在含量為1.0%和1.5%時(shí)，復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP（4∶6、5∶5、6∶4）的內(nèi)阻最低且基本一致，證實(shí)復(fù)合導(dǎo)電劑中石墨烯與SP 的質(zhì)量越接近，越易構(gòu)成以石墨烯為基底、 炭黑為骨架的三維空隙導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對石墨烯和SP 起到有效的分散作用，提高鋰離子的遷移速率，達(dá)到提升電池性能的目的。

圖6 添加不同含量（0.5%、1.0%、1.5%）和不同質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑的內(nèi)阻曲線Fig. 6 Internal resistance curve of composite conductive agent with different content （0.5%,1.0%, 1.5%） and mass ratio

2.3.4 循環(huán)伏安測試

由圖 7 可見，復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （5∶5, w/w）含量為1.0%時(shí)，電池在循環(huán)1、50、100 次時(shí)的曲線近似重合， 均在3.7 V 左右有一對明顯的氧化還原峰，對應(yīng)Ni2+/Ni4+的氧化還原反應(yīng)，此時(shí)電池性能最穩(wěn)定；復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （5∶5）為 1.5%時(shí)，循環(huán)1、50、100 次的曲線發(fā)生明顯分歧， 電化學(xué)性能不及含量 1.0%時(shí)。 復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （5∶5） 為0.5%時(shí)，循環(huán) 1、50、100 次的曲線相差較大，說明電池穩(wěn)定性最差。

圖7 添加不同含量（0.5%、1.0%、1.5%） 的復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP （5∶5）在不同循環(huán)次數(shù)的dQ/dV 曲線Fig. 7 dQ/dV curves were obtained by adding compound conductive agent Gen/SP （5∶5） with different contents （0.5%, 1.0%, 1.5%） in different cycles

由表1 可知，隨著循環(huán)次數(shù)增加，電池極化現(xiàn)象加劇。在導(dǎo)電劑含量為1.0%時(shí)，其氧化還原峰僅向高電壓偏移了0.03 V， 遠(yuǎn)低于含量為0.5%（0.33 V）和1.5%（0.08 V）時(shí)，這說明在含量為1.0%時(shí)，導(dǎo)電劑分布均勻，構(gòu)成了連續(xù)穩(wěn)定的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提升了鋰離子的傳導(dǎo)能力，有效減少了電池的極化現(xiàn)象，從而提高了電池的循環(huán)壽命和性能。 綜上所述，導(dǎo)電劑含量為1.0%時(shí)電池性能最優(yōu)。

表1 添加不同含量的復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP （5∶5）的氧化還原峰電壓和電位偏移量Table 1 Redox peak voltage and potential offset of composite conductive agent Gen/SP （5∶5）with different contents 單位:V

為了進(jìn)一步研究復(fù)合導(dǎo)電劑對材料穩(wěn)定性的影響，對循環(huán)后的電極進(jìn)行形貌表征，圖8 所示為含量1.0%的復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （5:5） 的 SEM 圖， 循環(huán)100 次后，復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 依然包覆在正極顆粒表面，炭黑粒子分散在石墨烯片層和邊緣上，構(gòu)成以石墨烯為基底、以炭黑粒子為骨架的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并未因循環(huán)次數(shù)增加而破壞導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和材料結(jié)構(gòu)。

圖8 循環(huán) 100 次后，含量 1.0%的復(fù)合導(dǎo)電劑 Gen/SP （5∶5）的 SEM 像Fig. 8 SEM of composite conductive agent Gen/SP （5∶5） with a content of 1.0% after 100 cycles

3 結(jié) 論

以LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2為正極材料， 以石墨烯和Super-P 為單一導(dǎo)電劑，以Gen/SP 為復(fù)合導(dǎo)電劑，按0.5%、1.0%和1.5%的含量對鋰離子電池進(jìn)行電化學(xué)測試，并通過分析測試結(jié)果得出：當(dāng)添加不同含量不同質(zhì)量比的復(fù)合導(dǎo)電劑時(shí)，復(fù)合導(dǎo)電劑Gen/SP 在含量為1.0%時(shí)， 鋰離子電池性能最優(yōu)，Gen 與SP 質(zhì)量比為5∶5 時(shí)，0.1 C 下首次充放電的比容量為160.60 mAh/g，循環(huán)100 次后，其容量保有率為97.3%。 在復(fù)合導(dǎo)電劑中，隨著石墨烯與SP 質(zhì)量接近，其電化學(xué)性能逐漸變優(yōu)。