幾種常用鋰電池導電劑介紹

時間:2020-04-09|

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一、鋰電池中參與導電劑的目的
鋰電池在充放電循環中,正負極極片上有電流經過期,就會有凈反應發作,標明電極失去了原有的平衡狀況,電極電位將違反平衡電位,就產生了常說的極化。鋰電池極化能夠分為歐姆極化、電化學極化和濃差極化。極化電壓是反應鋰離子電池內部電化學反應的重要參數,假設極化電壓長期不合理,則會導致負極鋰金屬析出加速,嚴峻狀況下會刺穿隔膜導致短路。據鋰電池初期試驗數據,單純依托活物質的導電性是不足以滿足電子搬遷速率要求的,為了使電子能夠快速移動歸位,呈現了導電劑的參與。
導電劑的首要效果是行進電子電導率。導電劑在具活性物質之間、活性物質與集流體之間起到搜集微電流的效果以減小電極的觸摸電阻,行進鋰電池中電子的搬遷速率,下降電池極化。此外,導電劑也能夠行進極片加工性,促進電解液對極片的潤澤,然后行進鋰電池的運用壽數。
二、常用鋰電池導電劑
常用的鋰電池導電劑能夠分為傳統導電劑(如炭黑、導電石墨、碳纖維等)和新式導電劑(如碳納米管、石墨烯及其混合導電漿料等)。市面上的導電劑類型有SPUER Li、S-O、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、350G、乙炔黑(AB)、科琴黑(KB)、氣相成長碳纖維(VGCF)、碳納米管(CNT)等等。
(1)炭黑
炭黑在掃描電鏡下呈鏈狀或葡萄狀,單個炭黑顆粒具有十分大的比表面積(700m2/g)。炭黑顆粒的高比表面積、堆積嚴密有利于顆粒之間嚴密觸摸在一起,組成了電極中的導電網絡。比表面較大帶來的工藝問題是松懈困難、具有較強的吸油性,這就需求經過改善活物質、導電劑的混料工藝來行進其松懈性,并將炭黑量控制在必定范圍內(通常是1.5%以下),炭黑形狀及其在活物質中混合狀況如圖1所示。
(2)導電石墨
導電石墨也具有較好的導電性,其自身顆粒較靠近活物質顆粒粒徑,顆粒與顆粒之間呈點觸摸的辦法,能夠構成必定規劃的導電網絡結構,行進導電速率的同時用于負極時更可行進負極容量。
(3)碳纖維(VGCF)
導電碳纖維具有線性結構,在電極中簡略構成良好的導電網絡,表現出較好的導電性,因而減輕電極極化,下降電池內阻及改善電池功用。在碳纖維作為導電劑的電池內部,活物質與導電劑觸摸辦法為點線觸摸,比較于導電炭黑與導電石墨的點點觸摸辦法,不只有利于行進電極導電性,更能下降導電劑用量,行進電池容量。VGCF和導電炭黑在活物質中松懈狀況比較如圖2所示:
(4)碳納米管(CNT)
CNT能夠分為單壁CNT和多壁CNT,一維結構的碳納米管與纖維相似呈長柱狀,內部中空。運用碳納米管作為導電劑能夠較好的布起完善的導電網絡,其與活物質也是呈點線觸摸辦法,關于行進電池容量(行進極片壓實密度)、倍率功用、電池循環壽數和下降電池界面阻抗具有很大的效果。現在,比亞迪、中航鋰電部分產品運用CNT作為導電劑,經反應具有不錯的效果。碳納米管可分為羈絆式和陣列式兩種成長狀況,無論是哪種辦法其運用于鋰電池中都存在一個問題就是松懈,現在能夠經過高速剪切、增加松懈劑、做成松懈漿料、超細磨珠靜電松懈等工藝處理。
(5)石墨烯
石墨烯作為新式導電劑,因為其一起的片狀結構(二維結構),與活性物質的觸摸為點-面觸摸而不是慣例的點點觸摸辦法,這樣能夠最大化的發揮導電劑等效果,減少導電劑的用量,然后能夠多運用活性物質,提高鋰電池容量。可是因為其本錢較高,松懈困難、具有阻止鋰離子傳輸等害處沒有徹底被工業化運用。
(6)二元、三元導電漿料
在最新的研究進展中,部分鋰電池選用的導電劑是CNT、石墨烯、導電炭黑之間兩者或三者的混合漿料。將導電劑復合做成導電漿料是工業運用的需求,也是導電劑之間彼此協同、激發效果的效果。無論是炭黑、石墨烯仍是CNT,將其三者單獨運用時現已很大的松懈難度,假設想要將其與活物質均勻混合,則需求在未進行電極漿料拌和之前,將其松懈開然后再投入運用。三元漿料用于正極活物質拌和狀況如圖3所示:
三、導電劑的未來
導電劑的形狀、品種各異,其微觀結構是影響導電功用的重要因素。從炭黑的顆粒狀到碳纖維、CNT的一維結構再到現在的石墨烯二維片狀結構,這是一個不斷改善的過程。在實踐運用中,炭黑作為導電劑運用現已十分廣泛,工藝也十分成熟了。CNT作為導電劑運用于動力電池現已過較多廠商試驗、運用,取得了很好的效果。可是石墨烯因為其本錢、工藝問題還沒有大面積運用于導電劑工作。每種導電劑都各有其優勢,取長補短,多元混合的導電漿料將是未來導電劑的干流發展方向。


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