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幾種常規鋰電池導電劑材料對比分析

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 鋰電池,導電劑,石墨

    隨著鋰電池的商品化越來越廣泛,鋰電池的電池在正極材料表面的充放電過程是當電池放電時候,處于孔中的鋰離子進入正極活性物質中,如果電流加大則極化增加,放電困難,這樣電子間的導電性就較差,光靠活性物質本省的導電性是遠遠不夠的,為了保證電極有良好的充放電性能,在極片制作時通常加入一定量的導電劑,在活性物質之間與集流體起到收集微電流的作用。

    01導電劑綜述

    作為鋰離子電池導電劑材料使用的主要有常規導電劑SUPER-P、KS-6、導電石墨、碳納米管、石墨烯、碳纖維VGCF等,這些導電劑擁有各自的優劣勢。具體來看:

    幾種常規鋰電池導電劑材料對比分析

    幾種常規鋰電池導電劑材料對比分析

    02導電劑的應用

    1、SP

    目前國內鋰離子電池導電劑還是以常規導電劑SP為主。炭黑具有更好的離子和電子導電能力,因為炭黑具有更大的比表面積,所以有利于電解質的吸附而提高離子電導率。另外,炭一次顆粒團聚形成支鏈結構,能夠與活性材料形成鏈式導電結構,有助于提高材料的電子導電率。

    2、石墨導電劑

    基本為人造石墨,與負極材料人造石墨相比,作為導電劑的人造石墨具有更小的顆粒度,有利于極片顆粒的壓實以及改善離子和電子電導率。

    3、CNT導電劑

    在高端數碼電池領域的應用比例較高達50%以上,在動力電池領域的應用比例相對較低。但近年來隨著動力電池對能量密度、倍率性能、循環壽命等性能要求逐漸提高,CNT導電劑在該領域應用比例正在逐漸上升。

    4、科琴黑

    科琴黑只需要極低的添加量就可以達到高導電性,所以科琴黑一直是導電炭黑中的極品,長期以來在市場中處于領先地位。與其他用于電池的導電炭黑相比較,科琴黑具有獨特的支鏈狀形態。這種形態的優點在于,導電體導電接觸點多,支鏈形成較多導電通路,因而只需很少的添加量即可達到極高的導電率(其他碳黑多為圓球狀或片狀,故需要很高的添加量才能達到所需的電性)。科琴黑是目前比較前沿的超級導電炭黑,目前鋰電的前10強基本都在用或者試驗。其中EC-300J主要用于鎳氫、鎳鎘電池;ECP和ECP-600JD主要用于高倍率大容量和電流密度的鋰電,其中以ECP-600JD變現尤為突出。業界普遍認為:其優越的導電性和高純度及獨特的支鏈結構,在鐵鋰為正極材料的時代會嶄露頭角。

    科琴黑用于電池中的產品有兩種:Carbon ECP和Carbon ECP600JD、CP300JD。

    03導電劑的含量

    a)導電劑在電極中的作用是提供電子移動的通道,導電劑含

    量適當能獲得較高的放電容量和較好的循環性能,含量太低則電子導電通道少,不利于大電流充放電;太高則降低了活性物質的相對含量,使電池容量降低。

    b)導電劑的存在可以影響電解液在電池體系內的分布,由于受鋰離子電池的空間限制,注入的電解液量是有限的,一般是處于貧液狀態,而電解液作為電池體系內部連接正負極的離子體,其分布對鋰離子在液相中的遷移擴散有著至關重要的影響。當一端電極中導電劑含量過高時,電解液富集在這一極而使另一極的鋰離子傳輸過程緩慢,極化度較高,在反復循環后易于失效,從而影響電池的整體性能。

    C)當導電劑的含量達到一個轉折點就行,太多只會減少電極密度,使容量下降,而太少則會導致電極中活性物質利用率低,且高倍率放電性能下降。

    幾種常規鋰電池導電劑材料對比分析

    導電劑展望

    幾種常規鋰電池導電劑材料對比分析

    分析認為,目前碳納米管和石墨烯均可做成導電漿料,價格比普通炭黑SP貴很多。炭黑是非常成熟的導電劑,價格比較穩定。CNT和石墨烯未來隨著規模化效應的提高,其價格下降空間相對較大,未來應用前景客觀。

    (審核編輯: 林靜)

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