1.1活性物質(zhì)形貌的影響

在鋰離子電極材料中，一般而言，活性物質(zhì)的粒徑減小，就會(huì)提高電極材料的離子電導(dǎo)率，進(jìn)而提升電極整體的導(dǎo)電能力，改善電池倍率性能。當(dāng)活性物質(zhì)粒徑減小，電極材料中Li+的擴(kuò)散路徑縮短，有利于Li+進(jìn)行傳輸。

大量的研究工作都表明使用小顆粒的活性物質(zhì)會(huì)對(duì)電極電化學(xué)性能產(chǎn)生有利影響，但在減小活性物質(zhì)粒徑的過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

第一，小顆粒(特別是納米顆粒)的活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑的表面積比較大，有利于電解液催化分解，在其表面形成一層凝膠膜，消耗了電解液。第二，在電極工作過(guò)程中會(huì)在其表面形成SEI膜，該過(guò)程同樣消耗電解液和Li+。第三，活性物質(zhì)顆粒尺寸過(guò)小，導(dǎo)致電極材料壓實(shí)密度過(guò)低，降低能量密度。當(dāng)顆粒直徑小于某一細(xì)小尺寸時(shí)，顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)就不能忽略，所以由于細(xì)小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，而使得顆粒之間產(chǎn)生激烈碰撞，使?jié){料產(chǎn)生絮凝，更易導(dǎo)致出現(xiàn)分離現(xiàn)象。

因此在選擇活性物質(zhì)粒徑大小的時(shí)候，不能單純靠減小顆粒尺寸來(lái)提高電極性能，還要綜合考慮其帶來(lái)的不利影響。

1.2導(dǎo)電劑性質(zhì)的影響

要使導(dǎo)電劑能夠完美地發(fā)揮作用，必須保證其在漿料中均勻分布，不僅是整體體積的宏觀(guān)分布，還包括顆粒層面上的微觀(guān)分布。但是導(dǎo)電劑的分布情況并不是僅僅依靠漿料的攪拌效率，還受到導(dǎo)電劑本身性質(zhì)的影響。

現(xiàn)在電極材料中常用的導(dǎo)電劑有顆粒狀的SuperP、科琴黑，纖維狀的氣相生長(zhǎng)碳纖維(VGCF)、碳納米管(CNTS)，片狀的KS-6、SFG-6、石墨烯等。在富鋰錳基材料中，對(duì)比SuperP、KS-6、VGCF和石墨烯四種導(dǎo)電劑的導(dǎo)電效率，SuperP能夠均勻分散形成完整的導(dǎo)電通路，電極電阻最小，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。KS-6沒(méi)能形成良好的導(dǎo)電通路，表現(xiàn)出的電化學(xué)性能最差。

有一些炭黑導(dǎo)電劑不僅可以起到增大電極材料電導(dǎo)率的作用，還能使?jié){料穩(wěn)定，防止?jié){料出現(xiàn)分離、凝聚的作用。在漿料制備初期損耗模量大于儲(chǔ)存模量，使?jié){料呈流體狀，有非常小的屈服強(qiáng)度。再添加一定量的炭黑之后，漿料的存儲(chǔ)模量逐漸大于損耗模量，漿料呈凝膠狀，具有較大屈服強(qiáng)度來(lái)有效地防止?jié){料出現(xiàn)聚沉、分離。

導(dǎo)電劑的存在還可以影響電解液在電池體系內(nèi)的分布。由于受鋰離子電池的空間限制，注入的電解液量是有限的，一般處于貧液狀態(tài)，而電解液作為電池體系內(nèi)部連接正負(fù)極的離子體，其分布對(duì)鋰離子在液相中的遷移擴(kuò)散有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)一端電極中導(dǎo)電劑含量過(guò)高時(shí)，電解液富集在這一極而使另一極的鋰離子傳輸過(guò)程緩慢，極化度較高，在反復(fù)循環(huán)后容易失效，從而影響電池的整體性能。

導(dǎo)電劑的含量只需達(dá)到一個(gè)最佳值，而不是越大越好，太多就會(huì)使電極密度減小，電池容量下降，如果太少則會(huì)導(dǎo)致電極中活性材料利用率不高，且在較高倍率下的放電性能會(huì)有所降低。由此可以看出，不同種類(lèi)的活性物質(zhì)在粒徑、形貌及其自身的化學(xué)性質(zhì)方面差別較大，不同的導(dǎo)電劑對(duì)其導(dǎo)電能力也產(chǎn)生很大不同，不可能存在一種導(dǎo)電劑對(duì)任何的電極材料都能起到優(yōu)異的導(dǎo)電能力。因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，要根據(jù)所選用的活性物質(zhì)來(lái)選擇出最適用的導(dǎo)電劑以及添加量。

1.3粘結(jié)劑性質(zhì)的影響

粘結(jié)劑是鋰離子電池電極中的非活性成分，主要在活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和集流體之間起到連接作用，使它們之間具有整體性，減少電極阻抗。同時(shí)使極片具有良好的機(jī)械性能和加工性能，可以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

不同活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑使用的粘結(jié)劑種類(lèi)也不同。目前，聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚丙烯酸(PAA)和海藻酸鈉主要用于負(fù)極粘結(jié)劑，聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚四氟乙烯(PTFE)主要用于正極粘結(jié)劑。因此需要根據(jù)實(shí)際活性物質(zhì)的種類(lèi)來(lái)合理選擇最佳的粘結(jié)劑。

粘結(jié)劑不僅可以起到連接的作用，還能在一定程度上防止?jié){料凝聚。由于鋰離子電池漿料屬于非牛頓流體，分散好的漿料其許多內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間逐漸衰減，活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑容易恢復(fù)到聚集的狀態(tài)，因此，需要通過(guò)提高漿料粘度使顆粒的動(dòng)能減小，防止顆粒由于較大動(dòng)能而克服顆粒間排斥力聚集在一起。而實(shí)際涂布過(guò)程又要求漿料粘度不能太大，這在一定程度上限制了粘結(jié)劑的這個(gè)作用。

在活性物質(zhì)顆粒尺寸一定的情況下，粘結(jié)劑的分子量越大，漿料表現(xiàn)出的各方面力學(xué)性能越好。粘結(jié)劑分子量越大其分子鏈越長(zhǎng)，在吸附到活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑表面時(shí)，其較長(zhǎng)的分子鏈可能連接多個(gè)顆粒，眾多的分子鏈交錯(cuò)在一起使顆粒之間的連接更加緊密，不僅可以使?jié){料呈現(xiàn)凝膠狀，起到防止?jié){料聚集的作用，還能使極片在干燥后具有更好的力學(xué)性能。

但分子量過(guò)大則會(huì)造成PVDF在NMP中的溶解性和在電極中的分散性下降。不僅如此，高分子量的PVDF結(jié)晶度高，對(duì)電極中電子和質(zhì)子的遷移阻力大，由此也會(huì)造成極片的阻抗高，充放電過(guò)電位大。因此，粘結(jié)劑的選擇并不是分子量越大越好。