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几种常用锂电池导电剂先容

责任编辑: admin 发布时间2017-11-29    点击数:19165 次
  一、锂电池中参加导电剂的意图

锂电池在充放电循环中,正负极极片上有电流通过时,就会有净反应发作,标明电极失去了原有的平衡状况,电极电位将违背平衡电位,就产生了常说的极化。锂电池极化能够分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化。极化电压是反应锂离子电池内部电化学反应的重要参数,如果极化电压长期不合理,则会导致负极锂金属分出加速,严重情况下会刺穿隔膜导致短路。据锂电池初期实验数据,单纯依托活物质的导电性是不足以满意电子迁移速率要求的,为了使电子能够快速移动归位,呈现了导电剂的参加。

导电剂的首要作用是进步电子电导率。导电剂在具活性物质之间、活性物质与集流体之间起到搜集微电流的作用以减小电极的触摸电阻,进步锂电池中电子的迁移速率,下降电池极化。此外,导电剂也能够进步极片加工性,促进电解液对极片的滋润,然后进步锂电池的运用寿数。

二、常用锂电池导电剂

常用的锂电池导电剂能够分为传统导电剂(如炭黑、导电石墨、碳纤维等)和新式导电剂(如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等)。市面上的导电剂类型有SPUERLi、S-O、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、350G、乙炔黑(AB)、科琴黑(KB)、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)等等。

(1)炭黑

炭黑在扫描电镜下呈链状或葡萄状,单个炭黑颗粒具有十分大的比表面积(700m2/g)。炭黑颗粒的高比表面积、堆积严密有利于颗粒之间严密触摸在一起,组成了电极中的导电网络。比表面较大带来的工艺问题是涣散困难、具有较强的吸油性,这就需求通过改进活物质、导电剂的混料工艺来进步其涣散性,并将炭黑量控制在必定范围内(通常是1.5%以下),炭黑形状及其在活物质中混合状况如图1所示。

(2)导电石墨

导电石墨也具有较好的导电性,其自身颗粒较挨近活物质颗粒粒径,颗粒与颗粒之间呈点触摸的方式,能够构成必定规划的导电网络结构,进步导电速率的一起用于负极时更可进步负极容量。

(3)碳纤维(VGCF)

导电碳纤维具有线性结构,在电极中简单构成杰出的导电网络,表现出较好的导电性,因而减轻电极极化,下降电池内阻及改进电池性能。在碳纤维作为导电剂的电池内部,活物质与导电剂触摸方式为点线触摸,比较于导电炭黑与导电石墨的点点触摸方式,不只有利于进步电极导电性,更能下降导电剂用量,进步电池容量。VGCF和导电炭黑在活物质中涣散状况比较如图2所示:

(4)碳纳米管(CNT)

CNT能够分为单壁CNT和多壁CNT,一维结构的碳纳米管与纤维相似呈长柱状,内部中空。利用碳纳米管作为导电剂能够较好的布起完善的导电网络,其与活物质也是呈点线触摸方式,对于进步电池容量(进步极片压实密度)、倍率性能、电池循环寿数和下降电池界面阻抗具有很大的作用。现在,比亚迪、中航锂电部分产品运用CNT作为导电剂,经反应具有不错的作用。碳纳米管可分为羁绊式和阵列式两种生长状况,无论是哪种方式其使用于锂电池中都存在一个问题就是涣散,现在能够通过高速剪切、增加涣散剂、做成涣散浆料、超细磨珠静电涣散等工艺处理。

(5)石墨烯

石墨烯作为新式导电剂,因为其共同的片状结构(二维结构),与活性物质的触摸为点-面触摸而不是惯例的点点触摸方式,这样能够最大化的发挥导电剂等作用,削减导电剂的用量,然后能够多运用活性物质,提高锂电池容量。可是因为其本钱较高,涣散困难、具有阻止锂离子传输等坏处没有彻底被工业化使用。

(6)二元、三元导电浆料

在最新的研究进展中,部分锂电池选用的导电剂是CNT、石墨烯、导电炭黑之间两者或三者的混合浆料。将导电剂复合做成导电浆料是工业使用的需求,也是导电剂之间相互协同、激起作用的成果。无论是炭黑、石墨烯仍是CNT,将其三者单独运用时现已很大的涣散难度,如果想要将其与活物质均匀混合,则需求在未进行电极浆料拌和之前,将其涣散开然后再投入运用。三元浆料用于正极活物质拌和状况如图3所示:

三、导电剂的未来

导电剂的形状、品种各异,其微观结构是影响导电性能的重要因素。从炭黑的颗粒状到碳纤维、CNT的一维结构再到现在的石墨烯二维片状结构,这是一个不断改进的过程。在实践使用中,炭黑作为导电剂使用现已十分广泛,工艺也十分成熟了。CNT作为导电剂使用于动力电池现已过较多厂商实验、使用,取得了很好的作用。可是石墨烯因为其本钱、工艺问题还没有大面积使用于导电剂职业。每种导电剂都各有其优势,扬长避短,多元混合的导电浆料将是未来导电剂的干流发展方向。


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