【炭黑产业网】8月11日消息，在扣式锂电池的制备流程中，浆料里炭黑(作为常用的导电剂，像Super P等)的分散状况，对电池最终的电化学性能有着至关重要的影响。一旦炭黑分散不均匀，会在多个层面给电池性能带来显著的负面效应。
首先，导电网络的不均匀性会致使电池内阻增大。在炭黑团聚的区域，虽然局部导电性能良好，但却无法将整个电极有效连接起来;而炭黑缺失的区域则会形成绝缘“孤岛”，使得活性物质难以参与到电化学反应当中，进而产生局部高阻区。如此一来，电极内部无法构建起连续且高效的电子传导网络，电极整体的电子电导率下降，具体表现为电荷转移阻抗和欧姆阻抗明显增大。
其次，活性物质的利用率会降低，电池容量也随之下降。在炭黑缺失或者导电网络较为薄弱的区域，活性物质粒子(例如NCM、LFP、石墨等)由于无法获得充足的电子通路，不能充分参与到锂离子的嵌入/脱出反应中，出现活性物质“失活”的情况。而且，炭黑分散不均匀还会导致部分活性物质表面没有被导电剂有效覆盖，减少了有效的电化学反应界面面积。最终结果是，电池的可逆比容量降低，尤其是在高倍率充放电时，这一现象更为突出。
再者，电流分布不均匀会加剧局部极化。电流会优先流向导电网络良好的区域，比如炭黑团聚处，使得这些区域的电流密度过大。电流密度过大的区域会发生更为剧烈的电化学反应，容易导致局部极化(过电位增大)。在充电过程中，可能会使该区域的活性物质结构遭到破坏，电解液分解加剧(出现产气、SEI增厚等现象);在放电过程中，可能会导致锂在负极沉积或者深度放电破坏。这些情况会加速电池的老化，降低循环寿命，增加安全隐患，例如局部过热。
另外，倍率性能也会变差。在高倍率充放电时，对电子和离子的传输速率要求极高。而不均匀的导电网络会成为传输的瓶颈，导致电压极化显著增大(充放电曲线平台出现倾斜或者消失)，电池电压迅速达到截止条件。这样一来，电池在高电流下的可放出/可充入容量大幅下降，功率密度降低。
同时，循环稳定性也会下降。如前文所述，电流分布不均引发的局部过充/过放、局部SEI增厚不均、活性物质局部应力集中等问题，都会加速电极结构的破坏以及界面副反应的发生。电池的容量保持率会随着循环次数的增加而更快地衰减，循环寿命缩短。
还有，库仑效率会降低。局部极化加剧和电流分布不均会导致更多的不可逆副反应，例如电解液分解、不稳定的SEI形成/破坏等。充放电过程中的不可逆容量损失增大，具体表现为库仑效率(放电容量/充电容量)降低。
对于主要用于实验室研究的扣式电池而言，浆料分散不均还会导致数据波动性增大，重现性变差。具体表现为：同一批次不同电池之间的性能差异较大;同一电池在不同循环之间的数据波动大，比如容量出现跳变;难以获得可靠、可重复的电化学数据，这会对准确评估活性材料本身的性能或者电解液/添加剂的效果产生干扰。
据炭黑产业网了解，综合来看，炭黑分散不均匀对扣式锂电池电化学性能的核心影响体现在多个方面：增大内阻，特别是电荷转移阻抗;降低容量，尤其是高倍率容量，同时降低活性物质利用率;恶化倍率性能;加速容量衰减，缩短循环寿命;降低库仑效率;导致实验数据波动大，重现性差。所以，在扣式电池的制备过程中，确保浆料，尤其是导电剂的高度均匀分散，是获得可靠、高性能电化学测试数据的关键前提。
为了实现这一目标，通常需要优化分散工艺，比如选择合适的分散剂、溶剂，优化固含量，控制搅拌/研磨的转速、时间和方式等。同时，还要进行严格的浆料均匀性表征，常用的检测方法有以下几类。
快速、简易、在线/离线检测方法有：一是浆料表观状态观察，包括视觉检查，观察浆料颜色是否均匀一致，无深浅条纹、色斑或明显的团聚颗粒，炭黑分散良好的浆料通常呈现均匀的深灰色或黑色;容器壁挂壁检查，搅拌停止后，观察浆料在搅拌罐或容器壁上是否均匀挂壁，无明显的颗粒团聚物附着或流淌不均匀痕迹;流动性/粘度一致性检查，用搅拌棒或刮刀挑起浆料，观察其流淌状态，均匀分散的浆料流淌应连续、丝滑，无明显块状物或拉丝不均匀现象，还可以测量不同时间点或不同部位的粘度，粘度值稳定且偏差小是一个初步指标。二是刮板细度计测试，这是评估浆料中最大颗粒/团聚体尺寸常用的快速且相对定量的方法，原理是将少量浆料置于带有楔形凹槽的刮板细度计上，用刮刀快速刮过，观察凹槽中出现颗粒条纹的位置，该位置对应的深度值即为浆料中最大颗粒的尺寸，对于炭黑分散，目标通常是最大颗粒尺寸≤45μm，甚至要求更小，在不同部位取样测试多次，结果应一致。
微观结构观察(离线、更精确)方法有：一是光学显微镜观察，取少量浆料涂在玻璃片上，摊薄，用光学显微镜观察是否有明显的炭黑团聚体，分散良好时，应看到活性物质颗粒被细小的炭黑颗粒均匀包覆或填充在间隙，无明显大块黑色团聚。二是扫描电子显微镜观察，将浆料涂覆在导电基底上，干燥制成极片，用SEM观察涂层表面或断面，通过表面形貌观察炭黑颗粒的分布状态，通过断面形貌观察炭黑在电极厚度方向上的分布是否均匀。三是能量色散X射线光谱，通过检测样品发出的特征X射线来对元素进行面分布或线分布分析，如果导电剂含有特征元素，而活性物质不含或含量低，可以通过元素面扫来直观显示该元素在电极表面的分布情况。
功能性测试(间接但重要)方法有：一是涂层导电性测试，将浆料涂布在绝缘基材上，干燥后形成薄膜，使用四探针电阻仪测量薄膜的面电阻或计算电阻率/电导率，在相同配方和涂布厚度下，电阻率越低，通常说明导电网络构建得越好，测量薄膜不同位置的电阻，数值越接近，说明导电剂在面内的分布越均匀。二是极片柔韧性/附着力测试，分散不良导致导电剂团聚，可能影响极片的柔韧性或涂层与集流体的附着力，通过弯折测试或胶带剥离测试进行简单评估。
终极验证方法是扣电性能测试，虽然这不是直接检测浆料的方法，但扣电性能的一致性和高水平是浆料均匀性(包括导电剂分散)的最终体现。同一批浆料制作的多个扣电，其容量、内阻、倍率性能、循环性能等应高度一致，达到预期的高容量、低内阻、优异的倍率性能和长循环寿命。
