电极材料性质和浆料制备对锂离子电池性能的影响
本文主要分析了电极材料中活性物质、导电剂、粘结剂的形貌、粒径，及其之间的相互作用对电池性能的影响，以及在浆料制备过程中影响其分散性的因素，如搅拌方式、混料顺序、混料方式以及浆料添加剂对电池性能的影响，并提出合理建议来提高锂离子电池性能。
一、电极材料对电池性能影响
1.1 活性物质形貌的影响
在锂离子电极材料中，一般而言，活性物质的粒径减小，就会提高电极材料的离子电导率，进而提升电极整体的导电能力，改善电池倍率性能。当活性物质粒径减小，电极材料中Li+的扩散路径缩短，有利于Li+进行传输。
大量的研究工作都表明使用小颗粒的活性物质会对电极电化学性能产生有利影响，但在减小活性物质粒径的过程中也会出现一些问题和挑战。在选择活性物质粒径大小的时候，不能单纯靠减小颗粒尺寸来提高电极性能，还要综合考虑其带来的不利影响。
1.2 导电剂性质的影响
有一些炭黑导电剂不仅可以起到增大电极材料电导率的作用，还能使浆料稳定，防止浆料出现分离、凝聚的作用。导电剂的存在还可以影响电解液在电池体系内的分布。导电剂的含量只需达到一个最佳值，而不是越大越好，太多就会使电极密度减小，电池容量下降，如果太少则会导致电极中活性材料利用率不高，且在较高倍率下的放电性能会有所降低。由此可以看出，不同种类的活性物质在粒径、形貌及其自身的化学性质方面差别较大，不同的导电剂对其导电能力也产生很大不同，不可能存在一种导电剂对任何的电极材料都能起到优异的导电能力。
1.3 粘结剂性质的影响
粘结剂是锂离子电池电极中的非活性成分，主要在活性物质、导电剂和集流体之间起到连接作用，使它们之间具有整体性，减少电极阻抗。同时使极片具有良好的机械性能和加工性能，可以满足实际生产的需要。
不同活性物质和导电剂使用的粘结剂种类也不同。粘结剂不仅可以起到连接的作用，还能在一定程度上防止浆料凝聚。在活性物质颗粒尺寸一定的情况下，粘结剂的分子量越大，浆料表现出的各方面力学性能越好，但分子量过大则会造成PVDF在NMP中的溶解性和在电极中的分散性下降。不仅如此，高分子量的PVDF结晶度高，对电极中电子和质子的迁移阻力大，由此也会造成极片的阻抗高，充放电过电位大。因此，粘结剂的选择并不是分子量越大越好。
二、浆料制备工艺的影响
2.1 浆料搅拌方式的影响
不仅物质本身的理化性质可以对电极电化学性能产生影响，浆料制备的分散方式也对电极电化学性能产生较大影响。下面将对流体力剪切分散、球磨分散和超声分散三种分散方式对电极电性能产生的影响作简要说明。
2.1.1 流体力剪切分散影响
流体力剪切分散主要依靠分散器中的分散桨作用于流体媒介产生剪切力，使浆料中的各物质均匀混合。剪切力的大小受剪切速率、浆料中集聚颗粒的截面积和浆料粘度影响。在浆料制备过程中包含两个子过程：颗粒的分散与再结合。只有当两个过程达到平衡时浆料才处于稳定的状态。
2.1.2 球磨分散影响
球磨分散也被广泛应用于锂离子电池浆料的分散。这种分散方法在制备浆料时具有许多优点，如没有预混合步骤、维修费用低、没有溶剂挥发和污染、操作简单等。但球磨分散的缺点是效率低，需要很长的分散时间才能达到要求的分散程度。
2.1.3 超声分散影响
相对于固含量低的浆料，超声分散更适用于固含量相对较高的浆料。就浆料而言，高固含量是有利的。固含量升高会使浆料中的活性物质、导电剂不易发生沉降，有利于浆料的均匀性，并且能够减少溶剂用量，减少涂布干燥时间，提高电池制作效率。但是超声分散也存在一些问题，最显著的问题是会打断高分子粘结剂的分子链，降低粘结剂的粘结作用。
2.2 加料顺序对电池性能的影响
现在电极浆料的制备工艺大致为一步法与多步法或湿混与干混的区别。通常来说，采用多步法制备的电极的电化学性能要优于一步法，干混工艺要优于湿混工艺。但是电极性能不只是受匀浆工艺的影响，还受到其材料本身性质的影响。因此，对于不同的浆料(不同的活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂)，其最佳的搅拌工艺也有所不同的。且经试验证明，这从一定程度上说明了在浆料混合过程中干混方式要优于湿混方式。
2.3 浆料添加剂对电池性能的影响
添加剂是锂离子电池浆料中非常重要的成分，在浆料制作过程中或制作完成后，浆料中的各种物质会随着时间变化又逐渐发生团聚，大颗粒物质会发生沉降，导致浆料分散不均匀，添加剂能够与浆料中活性物质或导电剂颗粒发生相互作用产生静电力或空间位阻从而阻止团聚发生
三、结论与展望
在研究过程中，为了提高锂离子电池各方面性能，研究人员大多主要将精力放在活性物质的改性与研发上，而忽略了电极制作过程中导电剂、粘结剂与活性物质的性质与相互作用，以及电极制作工艺过程的影响。只靠改善材料性能来提高锂离子电池性能，很难达到很高的水平，只有与工艺过程相结合，才会较大程度使电池性能得到提升。
本文的目的就是使电极材料的理化特性与电极制作工艺最优化相结合，在充分发挥出电极材料应有性能的同时，降低电池生产成本，促进锂离子电池的商业化应用，推进新能源产业的发展。