锂离子电池导电剂的相关研究.ppt

锂离子电池导电剂的相关研究。导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，极大地影响着锂离子电池、氧化锰、磷酸盐等材料的性能。这些材料的导电率很低，但仍需保持良好的高速充放电特性和较长的使用寿命，这是目前动力锂离子电池行业面临的巨大挑战。导电剂作为锂离子电池的重要组成部分，在改善电池性能方面发挥着重要作用。研究和开发能提高充放电速率和循环稳定性的新型导电剂已成为锂离子电池研究的重要课题。导电剂研究的必要性，从工作原理可以看出，正常的充放电过程需要锂离子和电子的共同参与，这就要求锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体，而电极反应只能发生在电解质、导电剂和活性物质的交界处。然而，事实上，锂离子电池的正极和负极活性材料的导电性并不令人满意。正极活性材料主要是过渡金属氧化物或过渡金属磷酸盐，它们是半导体或绝缘体，导电性差。必须添加导电剂来提高导电性。负极石墨材料的导电性稍好，但在多次充放电过程中，石墨材料的膨胀和收缩减少了石墨颗粒之间的接触，增大了间隙，甚至一些石墨颗粒与集电极分离，成为死活性材料，不再参与电极反应。因此，还需要添加导电剂，以在循环过程中保持负电极材料的导电性的稳定性。由于磷酸铁锂本身作为活性材料的导电性差，虽然通过碳包覆等后续研究提高了其性能，但电极内阻高、放电深度不足的缺陷仍然导致活性材料利用率低、电极剩余容量大。因此，提高磷酸铁锂与集流体之间以及磷酸铁锂颗粒之间的导电性，选择高性能的导电剂是非常重要的。从表中可以看出，几种正极材料的电导率是磷酸铁锂最低，二氧化锂最高，比磷酸铁锂高107倍。导电类型剂、导电剂、纤维状导电剂、粒状导电剂、乙炔黑(AB)、炭黑(KB)、石墨(ks-6)、金属纤维、气相生长碳纤维()、碳纳米管碳纳米管、粒状导电剂：单组分导电剂刘等。研究了炭黑添加量对正极材料锰酸锂和二氧化硅性能的影响。发现二氧化硅复合电极应保持良好的高速充放电性能和循环稳定性，炭黑的添加量应高达10(wt)%。随着充放电比的增加，两种阴极材料的比容量大幅度降低。原因是复合电极的极化导致不完全充电。极化主要是由于导电性差，电子不能快速转移。为了保持大比例的充放电性能，二氧化硅复合电极需要更多的炭黑。导电剂在正极材料中的应用、双组分导电剂Cheon等研究了不同组成的双组分导电剂(大颗粒石墨KS-6(6m)和小颗粒炭黑SupP(30nm)对二氧化硅性能的影响。实验表明，固定导电剂的用量为8%(重量)。随着SuperP含量的增加，复合电极的能量密度增加，表面电阻降低。虽然离子的扩散速率降低，但电极的充放电性能提高，表明导电通道的形成对电极的性能有较大影响。同时，还发现在合适的比例下，两种导电剂组分比单组分导电剂具有更好的循环性能。洪等人比较了由两种小纤维导电剂：单组分导电剂王国的均匀性实验表明，碳纳米管作为导电剂的性能优于乙炔黑和气相生长碳纤维VGCF。本质上，碳纳米管还提高了阴极复合材料的热导率，促进了热传递，并且不会导致过高的局部温度。Ochao等人使用单壁碳纳米管作为导电剂，少量添加0.5(wt)%，可以显著提高正极复合材料的电导率，尤其是热导率。多组分导电剂纤维导电剂由于其长纤维而易于形成导电网络，但与粒状导电剂相比，其与正极活性物质的接触点较少。在纤维状导电剂中加入颗粒状导电剂，可以相互补充，充分发挥两种材料的优势。沈等将金属铝纤维(直径0.1 5 m，含量80 98重量%)和铝粉(粒径0.1 5 m，含量2 20重量%)复合作为正极导电剂，显著降低了电极的内阻，提高了循环稳定性，并能大倍率充放电。Shiyuuko等人使用多组分导电剂，其由纤维状碳(纵横比20-100000，直径0.001-2 m，含量1(重量)%-20(重量)%)和粒状碳(含量99(重量)%-80(重量)%)组成。粒状碳还包括结晶碳(90重量%至60重量%)和无定形碳(10重量%至40重量%)。该组合物的导电剂具有较好的大倍率充放电性能。张青堂等人还研究了乙炔黑和碳纳米管的复合双组分导电剂。简单的碳纳米管分散后容易团聚。乙炔黑的加入有利于碳纳米管的分散。插入碳纳米管之间的乙炔黑也能阻碍分散的碳纳米管的再聚集，这有利于碳纳米管在阳极材料中的均匀分散，并提高复合电极的循环稳定性。乙炔黑、碳纳米管、碳炭黑(KBEC-600JD)和几种导电剂的扫描电镜图像表明，以酮苯并咪唑-600JD为导电剂的电池的比放电容量最大，达到约123毫安/克，其次是常用的导电剂乙炔黑117毫安/克，而以碳纳米管为导电剂的电池的性能最差，平均约113毫安/克，85: 7: 8，分析原因， 因为导电剂在磷酸铁锂/碳材料的颗粒之间起作用，其导电效果在很大程度上取决于颗粒的尺寸和与活性物质的接触方式。 与粒状导电剂乙炔黑和粒状缩酮黑EC-600JD相比，纤维团簇的碳纳米管应该更容易在活性物质中构建导电网络。然而，团簇体积太大，远远大于数十纳米的磷酸铁锂/碳材料颗粒的粒径，导致碳纳米管难以拉伸，无法形成有效的导电网络。另外，团簇结构浪费了活性物质的整体质量，导电效率低，增加了电阻，所以当添加相同质量的导电剂时，比放电容量最低。同时，考虑到工业生产中大量的碳纳米管也会降低振实密度，因此不适合单独用作磷酸铁锂/碳材料的导电剂。乙炔黑和酮黑EC-600JD的粒径与磷酸铁锂/碳材料相同，因此它们更容易填充在活性物质颗粒之间。然而，KetjenBlackEC-600JD颗粒具有许多孔和洞，这使得每单位重量的个体数量比乙炔黑多得多，并且可以形成更有效的导电网络。多孔多孔结构可作为电解质的储存库，储存的电解质有利于锂离子在电极中的传输。此外，超大的比表面积和表面能使材料倾向于聚集并相对容易地形成强网络，使得导电剂与正极活性材料紧密接触，从而为电极中的电子传输提供极其方便的通道。这使得添加了KetjenBlackEC-600JD导电剂的电池在ch根据文献得出的结论，大倍率下不同倍率下的充电容量比小倍率下大，大倍率下恒流充电过程较短，恒压充电过程较长；单组分导电剂在不同速率下的1C放电曲线，大速率下的放电容量大于小速率下的放电容量，放电电压平台更平坦、更长；单组分导电剂在0.5C下以不同的速率对放电曲线充电，大速率放电性能较差，工作电压平台不明显，放电容量较低。与不同导电剂的0.5C放电曲线相比，双组分导电剂电池具有更长、更平坦的工作平台电压和更大的放电容量。与不同组分导电剂2C的放电性能曲线相比，在较大倍率放电条件下，双组分导电剂的放电性能优于纯组分导电剂，与不同组分导电剂的循环性能相比，双组分导电剂电池的容量在接近10次循环时达到最大，而单组分导电剂电池的容量在接近25次循环时达到最大，双组分导电剂电池的循环曲线更加平滑。双组分导电剂的容量衰减曲线表明，电池的容量在100次循环后仍能保持在92%以上。单组份导电剂容量衰