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锂离子电池碳质料及发展趋势(导电剂)

作者:刘翔   增加工夫:2016-06-28 08:33:14   阅读:

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 当前锂离子电池中最为重要的导电剂,可分为导电炭黑,导电和新型导电剂。
 
  炭黑是现在运用最为普遍的导电剂, 重要接纳有机物(天然气、重油等)不完全熄灭或受热剖析而获得, 并经由过程高温处置惩罚以进步其导电性取纯度。
 
  石墨导电剂根基为人造石墨, 取负极质料人造石墨比拟, 作为导电剂的人造石墨具有更小的颗粒度, 一样平常为3~6 μm,且孔隙和比表面更兴旺, 有利于极片颗粒的压真和改进离子和电子电导率。
 
  新型导电剂包孕碳纳米管(CNT),碳纤维(VGCF),石墨烯等。
 
  以下是一些常见的导电剂理化参数对照:

  导电机理剖析

  现在运用最普遍的照样传统范例的导电剂
 
  石墨和炭黑
 
  下图对照了石墨和炭黑机能的对照(灰色-炭黑)

  能够看出:
 
  1.炭黑具有更好的离子和电子导电才能,由于炭黑具有更大的比表面积, 以是有利于电解质的吸附而进步离子电导率。别的, 冰一次颗粒团聚构成收链结构, 可以或许取活性质料构成链式导电构造, 有助于进步质料的电子导电率。
 
  2.石墨具有更好的压缩性和分散性,可进步电池的体积能量密度和改进极片的工艺特性, 一样平常合营炭黑运用。
 
  上面偏重引见下碳纳米管和石墨烯类复合导电剂
 
  碳纳米管
 
  作为导电剂取炭黑合营运用,取导电炭黑和导电石墨比拟, 碳纳米管导电剂具有以下特性:
 
  (1) 碳纳米管具有优越的电子导电性,纤维状构造可以或许在电极活性质料中构成一连的导电网络;
 
  (2) 增加碳纳米管后极片有较高的韧性, 能改进充放电历程中质料体积转变而引发的剥落, 进步轮回寿命;
 
  (3) 碳纳米管可大幅度进步电解液在电极质料中的渗出才能;
 
  (4) 碳纳米管的重要瑕玷在于不容易疏散。
 
  石墨烯
 
  作为导电剂的结果与其到场量亲切相干. 在到场量较小的状况下, 石墨烯因为可以或许更好地形成导电网络, 结果近好于导电炭黑。
 
  然则片层较厚的石墨烯会障碍锂离子的散布而低落极片的离子电导率(一样平常以为6-9层最为相宜)

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 石墨烯官能团的影响:

 

  经由过程氧化还原法或生物量催化法制备的石墨烯含有大量官能团(羧基、羟基、环氧等外面官能团), 作为导电剂导电性下落许多数量级,不推荐用作导电剂。


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  石墨烯的疏散题目:

 

  考虑到以上两种导电剂的分散性的题目,现在市场化运用的碳纳米管和石墨烯皆是以预疏散导电浆料的体式格局供应的。

 

  石墨烯Or碳纳米管?

 

  机能对照:

 

  1.石墨烯电极具有更小的极片电阻

  2.石墨烯电极能够做到更大的压真密度

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  3.轮回机能

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  4.价钱对照:

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  将来石墨烯导电剂在应用上照样很有远景的

 

  发展趋势

 

  导电剂的开辟将集中在以下4个方面:

 

  (1) 在水性系统中照样在NMP有机系统溶剂中, 导电剂都应具有优越的分散性;

  (2) 取下导电性的碳纳米管、石墨烯等新型冰质料复合, 以低落导电剂的运用比例和进步机能;

  (3) 进步比表面积和电解液吸附才能, 进一步进步极片的离子电导率;

  (4)无论是碳纳米管照样石墨烯复合材料, 取传统的质料比, 亟需降低成本,以知足现实需求。


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