为了使高镍三元材料得到更好的应用，本文研究了涂层中活性物质比例和涂层压实密度对NCM811正极材料和极片的性能影响。
1 实验
实验用正极活性物质为商品高镍三元材料NCM811，标称首次放电比容量在0.1C电流条件下为205mAh/g，首次库仑效率≥88%。粘结剂为PVDF5130，导电剂为SP，溶剂NMP，浆料粘度4000~6 000mPa·s，涂层单面面密度21mg/cm2。
1.1 主要仪器与设备
实验用仪器和设备有真空干燥箱、电子天平、烧杯、均浆机、粘度仪、涂布机、辊压机、冲片机、封口机、高低温箱、电化学工作站、充放电机、扫描电子显微镜等。
1.2 样品制造
1.2.1 极片制造
极片制造分为均浆、涂布、干燥等三个工序。均浆前在80℃条件下对固态原材料烘干12h，均浆步骤为：首先将按计量称取的80% 溶剂和全部粘结剂置于均浆罐中，设置搅拌速度20r/min，分散速度1500r/min，运行3h；然后将按计量称取的导电剂全部倒入粘结剂浆料中，继续搅拌30min；再将按计量称取的全部正极活性物质倒入混合浆料中，打开循环水冷却装置并继续搅拌6h；最后调节浆料粘度至4000~6000mPa·s，每次添加溶剂调节粘度后搅拌30min。均浆结束后，进入涂布和干燥阶段。集流体为12µm 厚铝箔，调节涂布机控制涂层单面面密度为21mg/cm2，极片干燥温度95 ℃，干燥时间30min。按表1配方制备三种不同活性物质比例的正极片备用。
1.2.2 半电池组装
利用冲片机将正极片冲成直径为15mm的圆片，95℃干燥4h后在手套箱中与16mm×0.6mm的纯锂片、19mm×25µm的PP/PE复合隔膜、1mol/L LiPF6/(EC DEC) 10?C 电解液组成CR2032型扣式半电池，电解液添加量约60mg。
1.3 测试方法
充放电制度：半电池测试温度25℃，充电电流0.1C，充电截止电压4.2V，充电截止电流0.02C，放电电流0.1C，放电截止电压3V，每10s记录一次数据，循环测试，充放电阶段转换时需静置10min。
正极作为研究电极，在开路电位下单向扫描，振幅为5mV，频率为1Hz~1MHz，10倍频率范围内测试点数为10。研究涂层中活性物质比例及涂层压实密度对半电池交流阻抗(EIS)的影响。用扫描电子显微镜(SEM)在5000倍和20000倍下观察活性物质微观形貌循环前后的变化。
1.4 实验内容
1.4.1 活性物质比例对极片性能的影响研究
按表1中的配方，在粘结剂和导电剂质量分数基本不变的条件下，测试在未经过辊压状态下活性物质质量分数分别为 90%、93.5%和97.3%时半电池充放电性能，分析活性物质比例对活性物质放电比容量和涂层放电比容量的影响，利用EIS和SEM测试结果分析内在原因。
1.4.2 压实密度对极片性能的影响研究
根据1.4.1节实验结果确定目标配方，利用辊压机对目标配方极片进行辊压，分别测试压实密度为3.325、3.5和3.675g/cm3时半电池充放电性能，分析压实密度对活性物质放电比容量的影响，利用 EIS测试结果分析内在原因。
2 结果与讨论
2.1 活性物质比例对正极性能的影响
2.1.1 活性物质比例对活性物质比容量的影响
每个正极配方组装四个半电池，活性物质首次放电比容量和首次库仑效率测试结果见表2。
由表2可知，首次放电活性物质平均比容量由高到低的顺序为2#配方、1#配方、3#配方，2#配方与1#配方数值接近，分别为190.9、189.5mAh/g，3#配方为179.5mAh/g，明显低于2#配方和1#配方；平均首次库仑效率与活性物质平均放电比容量表现出的规律相同，2#配方87%、1#配方85.5%、3#配方83.2%。不同配方的半电池首次充放电曲线见图1。
电池充放电过程端电压可分别由式(1)和式(2)表示：
