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常用的锂离子电池导电剂有哪些?

2023-01-06 来源:OFweek锂电网 浏览数:1

常用的锂离子电池导电剂可以分为传统导电剂(如炭黑、导电石墨、碳纤维等)和新型导电剂(如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等)。市面上的导电剂型号有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,单个炭黑颗粒具有非常大的比表面积(700m2/g)。炭黑颗粒的高比表面积、堆积紧密有利于颗粒之间紧密接触在一起,组成了电极中的导电网络。比表面较大带来的工艺问题是分散困难、具有较强的吸油性,这就要通过改善活物质、导电剂的混料工艺来提高其分散性,并将炭黑量控制在一定范围内(通常是1.5%以下),炭黑形态及其在活物质中混合状态如图1所示。

2、导电石墨

导电石墨也具有较好的导电性,其本身颗粒较接近活物质颗粒粒径,颗粒与颗粒之间呈点接触的形式,可以构成一定规模的导电网络结构,提高导电速率的同时用于负极时更可提高负极容量。

3、碳纤维(VGCF)

导电碳纤维具有线性结构,在电极中容易形成良好的导电网络,表现出较好的导电性,因而减轻电极极化,降低电池内阻及改善电池性能。在碳纤维作为导电剂的电池内部,活物质与导电剂接触形式为点线接触,相比于导电炭黑与导电石墨的点点接触形式,不仅有利于提高电极导电性,更能降低导电剂用量,提高电池容量。VGCF和导电炭黑在活物质中分散状态比较如图2所示:

4、碳纳米管(CNT)

CNT可以分为单壁CNT和多壁CNT,一维结构的碳纳米管与纤维类似呈长柱状,内部中空。利用碳纳米管作为导电剂可以较好的布起完善的导电网络,其与活物质也是呈点线接触形式,关于提高电池容量(提高极片压实密度)、倍率性能、电池循环寿命和降低电池界面阻抗具有很大的用途。目前,比亚迪中航锂电部分产品使用CNT作为导电剂,经反响具有不错的效果。碳纳米管可分为纠缠式和阵列式两种成长状态,无论是哪种形式其应用于锂离子电池中都存在一个问题就是分散,目前可以通过高速剪切、添加分散剂、做成分散浆料、超细磨珠静电分散等工艺解决。

5、石墨烯

石墨烯作为新型导电剂,由于其独特的片状结构(二维结构),与活性物质的接触为点-面接触而不是常规的点点接触形式,这样可以最大化的发挥导电剂等用途,减少导电剂的用量,从而可以多使用活性物质,提升锂离子电池容量。但是由于其成本较高,分散困难、具有阻碍锂离子传输等弊端尚未完全被工业化应用。

6、二元、三元导电浆料

在最新的研究进展中,部分锂离子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应用的需求,也是导电剂之间相互协同、激发用途的结果。无论是炭黑、石墨烯还是CNT,将其三者单独使用时已经很大的分散难度,假如想要将其与活物质均匀混合,则要在未进行电极浆料搅拌之前,将其分散开然后再投入使用。

 

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