丰田锂电工艺：活性物质对三元正极导电性的影响

一．根据渗流理论，只考虑导电剂对正极导电性的影响，具体如公式(1)：

σ=σ_c,0(v − v_c)^t           (1)

式中σ为电极电导率，σ_c,0为CB的电导率，v为CB的体积占比，v_c为渗流阈值，t为关键指数。

二．基于多孔电极理论和二维模型，认为正极的导电能力主要取决于固体组分，即不仅要考虑导电剂的影响，活性材料和粘结剂的影响也不容忽视。具体如公式(2)：

σ= σ₀ε_s^p               (2)

式中σ为电极电导率，σ₀为电极的体积电导率，ε_s为电极中固相组分占比，p指数值在1.0-1.5之间。

但在具体实际应用过程中，经常会遇到以上两经验性公式所无法解释的现象。来自丰田中央实验室的Hiroki Kondo等以NCA作为活性材料，详细测量了CB含量下电极的电导率，并分别用以上两公式进行了对比分析，最终提炼出能更好预测电极电导率的计算公式，成果以Influence of the Active Material on the Electronic Conductivity of the Positive Electrode in Lithium-Ion Batteries为题发表在Journal of The Electrochemical Society上。

内容解析

图1. NCA电极导电性测试装置

图2. (a-1)CB体积占比与电极导电性关系；(a-2)由图(a-1)拟合得到的曲线斜率与CB质量比的关系曲线；(b-1)CB体积占比与电极导电性关系；(b-2)由图(b-1)拟合得到的曲线斜率与CB质量比的关系曲线。

图3. CB质量比5.35 wt%、NCA密度2.16 g/cm3条件下电极的SEM图像。

图4.低密度和高密度的电极微观结构

图5. (a)和(b)分别为根据公式(3)和公式(4)对导电剂CB在1–10 wt%范围、孔隙率在0.3-0.5范围电极导电性的计算结果。

参考文献：Hiroki Kondo, Hiroshi Sawada, Chikaaki Okuda, Tsuyoshi Sasaki. Influence of the Active Material on the Electronic Conductivity of the Positive Electrode in Lithium-Ion Batteries. Journal of The Electrochemical Society, 166 (8) A1285-A1290 (2019).