Comment concevoir des cellules de batterie lithium-ion !

1) Quelle est la conception des cellules de batterie lithium-ion ?

La conception de cellules de batteries lithium-ion désigne une méthode d'assemblage de matériaux d'électrodes positives, de matériaux d'électrodes négatives, d'électrolytes, de séparateurs et de collecteurs de courant positifs et négatifs dans certaines proportions et selon certains processus, afin de répondre aux exigences de certaines performances électriques. Les concepteurs doivent comprendre les caractéristiques des matériaux d'électrodes positives, des matériaux d'électrodes négatives, des électrolytes, des séparateurs et des agents conducteurs, ainsi que posséder une connaissance approfondie de l'électrochimie et une logique de pensée holistique. Il s'agit d'un vaste projet d'ingénierie de fabrication qui implique de multiples processus, chacun ayant ses propres caractéristiques technologiques.

2.Objectifs clairs pour la conception des cellules de batteries lithium-ion

Tout d'abord, il est essentiel de clarifier les exigences auxquelles la conception des cellules doit répondre. Actuellement, la demande de cellules de piles provient principalement de deux sources : d'une part, le stockage technique interne des entreprises de piles, qui anticipe la demande du marché ; d'autre part, les entreprises qui ont besoin de cellules de piles, qu'il s'agisse de piles grand public ou de piles de puissance, qui doivent traduire les exigences de l'entreprise dans le langage des cellules de piles.

3. Principes de base de la conception des cellules de batteries lithium-ion

Le principe fondamental de la conception des cellules est de trouver un point d'équilibre relatif entre des paramètres tels que la densité énergétique, la durée de vie, la capacité de débit et le coût, car il est difficile de satisfaire simultanément différents indicateurs. Il est donc essentiel de classer les objectifs en fonction des demandes des clients :

(1) Exigences auxquelles les clients doivent satisfaire, telles que la capacité, l'énergie, la sécurité, etc ;
(2) Les exigences particulières des clients doivent être satisfaites dans la mesure du possible, notamment en ce qui concerne la charge rapide, la puissance, etc ;
(3) Exigences non essentielles du client. L'identification de ces exigences nécessite des communications multiples et approfondies avec les clients afin d'éviter les écarts de conception.

4.Sélection des matériaux pour la composition des cellules des batteries lithium-ion

Sélection des électrodes positives :

Le choix du matériau de l'électrode positive détermine la densité énergétique de la cellule. Les matériaux ternaires et le phosphate de fer lithié sont les matériaux d'électrode positive les plus couramment utilisés dans les piles électriques, tandis que l'oxyde de cobalt lithié est plus courant dans les piles grand public. Qu'il s'agisse d'une batterie de consommation ou d'une batterie de puissance, les concepts de base sont essentiellement les mêmes. Si l'on prend l'exemple des cellules de batteries de puissance carrées, si notre objectif de conception est d'atteindre 210 Wh/kg, des matériaux ternaires de série 5 ou supérieure sont normalement nécessaires ; pour atteindre plus de 240 Wh/kg, des matériaux ternaires de série 8 ou supérieure sont nécessaires. Actuellement, l'industrie n'est pas d'accord sur l'utilisation des matériaux de la série 8. Par conséquent, une approche différente est nécessaire lors du choix des matériaux d'électrodes positives. Nous savons tous que la densité énergétique est principalement déterminée par la capacité (C) et la tension (V). Lorsqu'il n'est pas possible de choisir des matériaux à haute capacité, nous devons augmenter la tension de coupure du matériau, par exemple de 4,2 V à 4,35 V. En outre, si l'augmentation de la capacité et de la tension ne permet toujours pas de répondre pleinement aux exigences de densité énergétique, il est nécessaire d'optimiser davantage la structure et les processus de la cellule.

Sélection des électrodes négatives :

Les matériaux des électrodes négatives sont principalement du graphite artificiel, qui peut également être dopé au silicium, ou utiliser du titanate de lithium, du carbone dur, etc. Pour le graphite artificiel associé à des matériaux ternaires, sa capacité spécifique a atteint environ 350 mAh/g. Pour des cas de cellules prédéterminés, l'augmentation de la capacité spécifique de l'électrode négative peut réduire la quantité de matériau d'électrode négative utilisée, augmentant ainsi la densité énergétique de la cellule. Le dopage au silicium dans les électrodes en graphite est une méthode relativement efficace, mais le dopage au silicium provoque l'expansion de l'électrode négative, ce qui réduit l'efficacité initiale et pose des problèmes en termes de capacité de charge rapide et de durée de vie du cycle. Par conséquent, lorsqu'on décide d'ajouter du silicium, il faut tenir compte simultanément de la quantité de dopage et des processus ultérieurs de réapprovisionnement en lithium.

Sélection des séparateurs :

La sélection des séparateurs doit tenir compte non seulement de leur matériau, de leur épaisseur et de leur coût, mais aussi de leur porosité, de leur perméabilité, du poids du revêtement céramique et de l'application éventuelle d'un revêtement PVDF. Le revêtement céramique peut améliorer les performances de sécurité de la cellule de la batterie, tandis que le revêtement PVDF peut optimiser l'ajustement de l'interface de la cellule. Toutefois, ces revêtements entraînent également une augmentation des coûts et une complexification des processus, que les concepteurs doivent soigneusement étudier en fonction des besoins.

Sélection des électrolytes :

L'électrolyte agit comme un conducteur d'ions et un isolant électronique entre les électrodes positives et négatives de la batterie. Dans les batteries lithium-ion secondaires, les propriétés de l'électrolyte ont un impact significatif sur la durée de vie de la batterie, la plage de température de fonctionnement, l'efficacité de la charge et de la décharge, la sécurité et la densité de puissance. Les matériaux de l'électrolyte du lithium secondaire doivent avoir les propriétés suivantes : (1) conductivité élevée des ions lithium ; (2) stabilité électrochimique élevée, maintien de la stabilité sur une large plage de potentiel ; (3) bonne compatibilité avec les électrodes, formation d'un film SEI stable sur l'électrode négative et capacité suffisante de décomposition antioxydante sur l'électrode positive dans des conditions de potentiel élevé ; (4) bon contact avec les électrodes, pour les électrolytes liquides, capacité à mouiller complètement les électrodes ; (5) bonne performance à basse température, maintien d'une conductivité élevée et d'une faible viscosité dans une plage de température inférieure (-20~20 ℃) pour maintenir un bon mouillage de la surface de l'électrode pendant les processus de charge et de décharge ; (6) large plage de tension ; (7) bonne stabilité thermique, pas de décomposition thermique sur une large plage de température ; (8) bonne stabilité chimique, pas de réactions chimiques avec les électrodes positives et négatives, les collecteurs de courant, les liants, les agents conducteurs, les séparateurs, les matériaux d'emballage, les mastics d'étanchéité, etc., au cours des processus de cyclage et de stockage à long terme des batteries ; (9) non toxiques, non polluants, sûrs à utiliser, de préférence biodégradables ; (10) faciles à préparer, peu coûteux. Actuellement, les additifs d'électrolyte comprennent principalement le SO2/CO2/VC (carbonate de vinyle) [pour améliorer la performance du film SEI], le phosphate de triméthyle (TMP) [pour améliorer la sécurité de l'électrolyte], l'éther couronne [pour augmenter la conductivité de l'électrolyte], l'Al2O2, le MgO, le lithium ou le carbonate de calcium [pour contrôler la teneur en eau et en acide]. Par conséquent, les électrolytes appropriés doivent être sélectionnés en fonction des performances réalisables par la cellule de la batterie.

Sélection de collectionneurs actuels :

Le collecteur de courant est un composant indispensable dans les batteries lithium-ion. Il ne se contente pas de transporter la matière active, mais collecte et restitue également le courant généré par la matière active de l'électrode, ce qui permet de réduire la résistance interne des batteries lithium-ion et d'améliorer leur efficacité coulombienne, leur stabilité en cyclage et leur performance en termes de taux. En principe, le collecteur de courant idéal pour les batteries lithium-ion devrait remplir plusieurs conditions : (1) conductivité électrique élevée ; (2) bonne stabilité chimique et électrochimique ; (3) résistance mécanique élevée ; (4) bonne compatibilité et adhésion avec le matériau actif de l'électrode ; (5) prix abordable et disponibilité ; (6) légèreté. Toutefois, dans les applications pratiques, les différents matériaux de collecteurs de courant présentent encore divers problèmes, ce qui rend difficile la satisfaction totale des exigences multi-échelles mentionnées ci-dessus. Par exemple, le cuivre est sujet à l'oxydation à des potentiels plus élevés, ce qui le rend approprié comme collecteur de courant pour des matériaux d'électrode négative tels que le graphite, le silicium, l'étain et les alliages cobalt-étain. En revanche, l'aluminium, en tant que collecteur de courant pour l'électrode négative, est confronté à de graves problèmes de corrosion, mais peut être utilisé comme collecteur de courant pour l'électrode positive.

Actuellement, les matériaux qui peuvent être utilisés comme collecteurs de courant pour les batteries lithium-ion comprennent des métaux tels que le cuivre, l'aluminium, le nickel et l'acier inoxydable, des matériaux semi-conducteurs tels que le carbone et des matériaux composites.

A. Collecteurs de courant en cuivre

Le cuivre est un excellent conducteur métallique dont la conductivité électrique n'est surpassée que par celle de l'argent. Il présente de nombreux avantages, tels que des ressources abondantes, un prix abordable et une bonne ductilité. Toutefois, étant donné que le cuivre est sujet à l'oxydation à des potentiels plus élevés, il est couramment utilisé comme collecteur de courant pour les matériaux actifs des électrodes négatives tels que le graphite, le silicium, l'étain et les alliages de cobalt et d'étain. Les collecteurs de courant en cuivre les plus courants sont les feuilles de cuivre, la mousse de cuivre, les mailles de cuivre et les collecteurs de courant tridimensionnels à réseaux de nanocuivre.

(1) Collecteurs de courant en feuilles de cuivre. Les feuilles de cuivre peuvent être divisées en feuilles de cuivre laminées et feuilles de cuivre électrolytiques en fonction du processus de production. Par rapport à la feuille de cuivre électrolytique, la feuille de cuivre laminée a une conductivité électrique plus élevée et une meilleure ductilité, ce qui la rend appropriée pour les batteries lithium-ion avec de faibles exigences de flexion pour choisir la feuille de cuivre électrolytique comme collecteur de courant de l'électrode négative. Des études ont montré que l'augmentation de la rugosité de la surface de la feuille de cuivre permet d'améliorer la force de liaison entre le collecteur de courant et le matériau actif, de réduire la résistance de contact entre le matériau actif et le collecteur de courant et, par conséquent, d'améliorer le taux de performance de décharge et la stabilité de cycle de la batterie.

(2) Capteurs de courant en mousse de cuivre. La mousse de cuivre est un matériau poreux tridimensionnel semblable à une éponge, qui présente de nombreux avantages tels que la légèreté, une résistance et une robustesse élevées, et une grande surface spécifique. Bien que les matériaux actifs des électrodes négatives en silicium et en étain aient des capacités spécifiques théoriques élevées et soient considérés comme des matériaux actifs d'électrodes négatives prometteurs pour les batteries lithium-ion, ils présentent également des inconvénients tels que des changements de volume importants et une pulvérisation pendant le cyclage, qui affectent gravement les performances de la batterie. Des études ont montré que les collecteurs de courant en mousse de cuivre peuvent supprimer les changements de volume des matériaux actifs d'électrode négative en silicium et en étain pendant les processus de charge et de décharge, ralentissant ainsi leur phénomène de pulvérisation et améliorant les performances de la batterie.

B. Collecteurs de courant en aluminium

Bien que la conductivité de l'aluminium soit inférieure à celle du cuivre, pour transporter la même quantité d'électricité, la masse du fil d'aluminium n'est que la moitié de celle du fil de cuivre. Il ne fait aucun doute que l'utilisation de collecteurs de courant en aluminium contribue à augmenter la densité énergétique des batteries lithium-ion. En outre, l'aluminium est plus abordable que le cuivre. Au cours du processus de charge/décharge des batteries lithium-ion, la surface des collecteurs de courant en feuille d'aluminium forme un film d'oxyde dense, qui améliore la résistance à la corrosion de la feuille d'aluminium. C'est pourquoi la feuille d'aluminium est couramment utilisée comme collecteur de courant pour l'électrode positive des batteries lithium-ion. Comme pour les collecteurs de courant en feuille de cuivre, le traitement de surface peut également améliorer les caractéristiques de la surface de la feuille d'aluminium. Après la gravure par courant continu, la surface de la feuille d'aluminium forme une structure en nid d'abeille, qui est plus étroitement associée au matériau actif de l'électrode positive et améliore les performances électrochimiques des batteries lithium-ion. Toutefois, dans la pratique, les collecteurs de courant en aluminium se corrodent souvent gravement en raison de la destruction du film passif à la surface, ce qui entraîne une diminution des performances de la batterie. Par conséquent, pour améliorer la résistance à la corrosion des feuilles d'aluminium gravées, leur surface doit être traitée de manière optimale afin de former un film passif plus stable.

C. Collecteurs de courant au nickel

Le nickel est un métal relativement peu coûteux qui présente une bonne conductivité et une bonne stabilité dans les solutions acides et alcalines. Par conséquent, le nickel peut être utilisé à la fois comme électrode positive et comme collecteur de courant à électrode négative. Les matériaux actifs des électrodes positives, tels que le phosphate de fer lithié, et les matériaux actifs des électrodes négatives, tels que l'oxyde de nickel, le soufre et les composites carbone-silicium, vont de pair avec le nickel. Les collecteurs de courant en nickel se présentent généralement sous la forme d'une mousse ou d'une feuille de nickel. En raison des pores développés de la mousse de nickel, la surface de contact avec le matériau actif est importante, ce qui réduit la résistance de contact entre le matériau actif et le collecteur de courant. Lors de l'utilisation d'une feuille de nickel comme collecteur de courant d'électrode, avec l'augmentation des cycles de charge/décharge, le matériau actif a tendance à se détacher, ce qui affecte les performances de la batterie. De même, les processus de prétraitement de la surface sont également applicables aux collecteurs de courant en feuille de nickel. Par exemple, après avoir gravé la surface de la feuille de nickel, la force d'adhérence entre le matériau actif et le collecteur de courant est considérablement améliorée. L'oxyde de nickel présente les avantages d'une stabilité structurelle et d'un faible coût, ainsi qu'une capacité spécifique théorique élevée. Il s'agit d'un matériau actif d'électrode négative largement utilisé pour les batteries lithium-ion. Sur cette base, en faisant croître in situ une couche d'oxyde de nickel sur la surface de la mousse de nickel à l'aide d'une méthode d'oxydation en phase solide, une électrode négative en oxyde de nickel avec de la mousse de nickel comme collecteur de courant a été préparée. Par rapport aux électrodes à feuille de nickel/oxyde de nickel, la capacité spécifique de première décharge des électrodes à mousse de nickel/oxyde de nickel augmente de manière significative. Cela s'explique par le fait que la structure tridimensionnelle du collecteur de courant réduit le phénomène de polarisation interfaciale et améliore la stabilité du cycle de charge/décharge de la batterie. Le phosphate de fer lithié est considéré comme un matériau actif d'électrode positive idéal pour les batteries lithium-ion de puissance en raison de ses avantages en termes de sécurité et de disponibilité des matières premières. Le revêtement de phosphate de fer lithié sur la surface des collecteurs de courant en mousse de nickel peut augmenter la surface de contact entre LiFePO4 et la mousse de nickel, réduire la densité de courant des réactions d'interface et améliorer les performances de décharge de LiFePO4.

D. Collecteurs de courant en acier inoxydable

L'acier inoxydable est un acier allié contenant des éléments tels que le nickel, le molybdène, le titane, le niobium, le cuivre et le fer. Il présente une bonne conductivité et une bonne stabilité, peut résister à la corrosion due à des milieux faiblement corrosifs tels que l'air, la vapeur et l'eau, et peut résister à l'érosion chimique due à des milieux fortement corrosifs tels que les acides, les alcalis et les sels. Les surfaces en acier inoxydable forment facilement un film passif qui les protège contre la corrosion. En outre, l'acier inoxydable peut être travaillé plus finement que le cuivre, ce qui le rend rentable, simple à produire et adapté à la production de masse. L'acier inoxydable peut être utilisé comme collecteur de courant pour les électrodes positives et négatives, et les collecteurs de courant en acier inoxydable les plus courants sont les mailles en acier inoxydable et l'acier inoxydable poreux.

(1) Collecteurs de courant à mailles en acier inoxydable. La maille en acier inoxydable a une texture dense. Lorsqu'il est utilisé comme collecteur de courant, sa surface est enveloppée par le matériau actif de l'électrode et n'entre pas directement en contact avec l'électrolyte, ce qui le rend moins sujet aux réactions secondaires et permet d'améliorer les performances de cyclage de la batterie.

(2) Collecteurs de courant en acier inoxydable poreux. Pour utiliser pleinement la matière active et augmenter la capacité spécifique de décharge de l'électrode, une méthode simple et efficace consiste à utiliser des collecteurs de courant poreux.

E. Collecteurs de courant au carbone

L'utilisation de matériaux en carbone comme électrodes positives ou négatives permet d'éviter la corrosion de l'électrolyte sur les électrodes métalliques. Les matériaux en carbone présentent des avantages tels que l'abondance des ressources, la facilité de traitement, la faible résistivité électrique, le respect de l'environnement et le faible coût. Le tissu en fibre de carbone, avec sa bonne flexibilité, sa conductivité et sa stabilité électrochimique, peut être utilisé comme collecteur de courant pour les batteries lithium-ion flexibles. Les nanotubes de carbone sont une autre forme de collecteur de courant en carbone. Par rapport aux collecteurs de courant métalliques, ils présentent l'avantage d'être légers et peuvent augmenter de manière significative la densité énergétique des batteries.

F. Collecteurs de courant composites

Outre les collecteurs de courant simples tels que le cuivre, l'aluminium, le nickel, l'acier inoxydable et le carbone, les collecteurs de courant composites ont également attiré l'attention des chercheurs ces dernières années, tels que la résine conductrice, la feuille d'aluminium recouverte de carbone et les alliages à mémoire de forme titane-nickel.

G. Collecteurs de courant en résine conductrice

Les capteurs de courant en polyéthylène (PE) et en résine phénolique (PF) sont composés de charges conductrices et de matrices en résine polymère. En utilisant le PE et la PF comme matrices et en les mélangeant uniformément avec des charges conductrices telles que le graphite et le noir de carbone, des collecteurs de courant composites sont préparés et leurs propriétés physicochimiques sont étudiées. Le graphène est un matériau fonctionnel bidimensionnel unique formé d'atomes de carbone par hybridation sp2, avec une conductivité électrique, une surface spécifique et une résistance mécanique très élevées. Il peut remplacer le graphite en tant que matériau actif de l'électrode négative des batteries lithium-ion et peut également être utilisé comme matériau collecteur de courant.

H. Collecteurs de courant en alliage à mémoire de forme titane-nickel

Les alliages à mémoire de forme titane-nickel sont des alliages binaires composés de nickel et de titane. Ils peuvent passer d'une phase cristalline à l'autre en cas de changement de température ou de pression externe. Les alliages à mémoire de forme titane-nickel peuvent supprimer les changements de volume des matériaux actifs pendant les processus de charge et de décharge en changeant leur propre état de phase, améliorant ainsi la durée de vie de la batterie.

I. Collecteurs de courant à feuilles d'aluminium enrobées de carbone

Les capteurs de courant à revêtement carbone/feuille d'aluminium sont des capteurs de courant composites dont la surface de la feuille d'aluminium est recouverte d'une couche composite de carbone. La couche de carbone est composée de fibres de carbone et de particules de noir de carbone traitées avec des dispersants, qui peuvent se combiner étroitement avec la feuille d'aluminium, améliorant ainsi la conductivité électrique et la résistance à la corrosion de l'électrode.

Les collecteurs de courant sont l'un des composants indispensables des batteries lithium-ion, avec des fonctions multiples de transport des matériaux actifs des électrodes et de collecte des courants de sortie. Les collecteurs de courant fabriqués à partir de différents matériaux et procédés de production présentent leurs propres avantages et inconvénients, et ont des effets différents sur les batteries lithium-ion.

5.Conception de la capacité des cellules de batteries lithium-ion

La formule simple pour calculer la capacité de la cellule est la suivante :
Capacité nominale = Capacité en grammes du matériau de l'électrode positive * Poids de l'enrobage * Chargement * Longueur de l'électrode * Largeur de l'électrode * 2 * Nombre d'enroulements

La capacité en grammes du matériau d'électrode positive est fournie par le fabricant du matériau lorsqu'il quitte l'usine. Bien entendu, les fabricants de piles effectuent également leurs propres tests afin de garantir la stabilité des lots et d'améliorer ainsi la cohérence de l'assemblage ultérieur. La méthode de test typique consiste à utiliser des piles boutons avec des électrodes au lithium. Le poids du revêtement est mesuré en g/m2, et les méthodes de revêtement comprennent le revêtement par transfert et le revêtement par extrusion. En raison des avantages du revêtement par extrusion en termes de tolérance et de précision, la plupart des lignes de production utilisent actuellement le revêtement par extrusion. La charge fait référence à la proportion de masse de matière active dans la formulation de l'électrode positive. Pour la production de cellules rectangulaires, le nombre de noyaux d'enroulement est généralement de 2 ou 4. Moins de fabricants choisissent d'utiliser un seul noyau d'enroulement en raison de problèmes potentiels tels que des longueurs d'électrode plus importantes entraînant des difficultés de découpage, ce qui peut affecter le rendement, et des difficultés à contrôler le désalignement avec un trop grand nombre de couches.

6.Conception du rapport N/P pour les cellules de batteries lithium-ion

Le ratio N/P est calculé comme suit :
N/P = Capacité grammaire de l'électrode négative * Masse de la matière active de l'électrode négative / Capacité grammaire de l'électrode positive * Masse de la matière active de l'électrode positive. L'objectif principal est de s'assurer que la capacité d'insertion de lithium de l'électrode négative au même moment et au même endroit est supérieure à la capacité d'élimination de lithium de l'électrode positive. Les capacités de grammage sont généralement obtenues à partir d'essais de décharge, de sorte qu'il existe généralement deux rapports N/P : l'un pour la charge initiale et l'autre pour la décharge ultérieure. La conception du rapport N/P pour la charge initiale vise principalement à garantir qu'il n'y a pas d'arrachement de lithium pendant la phase de formation. La conception du rapport N/P pour la décharge ultérieure vise principalement à garantir les performances de cyclage à long terme. Par conséquent, la sélection effective de la valeur N/P doit tenir compte à la fois de la charge et de la décharge pour faire le choix optimal.

7.Sécurité Conception des cellules de batteries lithium-ion

La sécurité est un élément clé de la conception interne des cellules de batterie. Les stratégies générales comprennent

(1) Conception du surplomb : Il s'agit de s'assurer que la longueur et la largeur du séparateur peuvent couvrir l'électrode négative, et que la longueur et la largeur de l'électrode négative peuvent couvrir l'électrode positive. Cette approche présente plusieurs avantages : elle évite les courts-circuits internes causés par la dilatation des électrodes lors de la charge et de la décharge, et elle évite que le séparateur ne soit enfoncé, ce qui pourrait provoquer des courts-circuits internes.

(2) Revêtement céramique sur le bord de l'électrode positive : Il s'agit de l'application d'une couche de céramique isolante sur le bord de l'électrode positive afin d'éviter les courts-circuits entre les électrodes positives et négatives.

(3) Conception de la sécurité du couvercle : Il s'agit principalement de la protection par fusible et de la conception des bascules d'arrêt en cas de surcharge (OSD). Les considérations de conception incluent la capacité de surintensité du fusible, ce qui nécessite de collecter et de tester les données de validation pertinentes pour les courants continus et les courants de pointe. L'OSD est principalement utilisé pour éviter les surcharges. Comme mentionné dans un article précédent, avec la publication de nouvelles normes nationales, les systèmes ternaires peuvent passer les tests de surcharge sans OSD. Par conséquent, afin d'améliorer la fiabilité et de réduire le coût des couvercles supérieurs, l'OSD pourrait être progressivement supprimé.

8 Formulation de la conception des électrodes positives et négatives pour les cellules de batteries lithium-ion

La formulation de l'électrode positive se compose généralement de matériaux ternaires, d'agents conducteurs, de liants, etc., le solvant étant le NMP. Les agents conducteurs courants sont le SP, le KS-6 et les NTC, tandis que les liants sont souvent du PVDF. Pour maximiser la densité énergétique de la cellule, la charge de NCM doit être d'au moins 95%, mais pas de 100% en raison de l'importance des matériaux auxiliaires. Les rôles des agents conducteurs et des liants sont explicites. Le SP est un agent conducteur linéaire qui assure une conductivité à longue distance, tandis que le KS-6 est un agent conducteur floconneux qui assure une conductivité à courte distance. Dans les applications pratiques, les deux sont utilisés ensemble pour améliorer la conductivité.

La formulation de l'électrode négative est similaire et se compose principalement de graphite/silicium, d'agents conducteurs, de liants, d'émulsifiants, etc., la teneur principale en matériaux visant également à dépasser 96%. Les types d'agents conducteurs sont similaires à ceux de l'électrode positive, mais les liants et les émulsifiants diffèrent. Les liants comprennent généralement des matériaux SBR (caoutchouc styrène-butadiène) et acryliques, qui non seulement améliorent l'adhérence mais accélèrent également le transport des ions lithium. Le solvant de la boue de l'électrode négative en graphite est souvent de l'eau déionisée. Le graphite étant un matériau non polaire à faible énergie de surface, alors que l'eau est un solvant polaire, l'émulsifiant CMC-Na (carboxyméthylcellulose sodique) forme des liaisons hydrophobes avec les surfaces de graphite par l'intermédiaire des forces de van der Waals, tandis que les groupes hydrophiles se lient à l'eau pour renforcer les propriétés hydrophiles du graphite. En outre, après encapsulation de la CMC-Na, la charge négative de la surface du graphite augmente, ce qui renforce la répulsion entre les particules et réduit la sédimentation dans la boue. Par conséquent, la CMC-Na joue un double rôle en améliorant l'hydrophilie du graphite et en offrant une résistance spatiale.