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四大锂电池导电剂对比分析

来源:电子发烧友 | 作者:admin | 分类:新闻 | 时间:2017-07-24 | 浏览:2479
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随着锂电池的商品化越来越广泛,锂电池的电池在正极材料表面的充放电过程是当电池放电时候,处于孔中的锂离子进入正极活性物质中,如果电流加大则极化增加,放电困难,这样电子间的导电性就较差,光靠活性物质本省的导电性是远远不够的,为了保证电极有良好的充放电性能,在极片制作时通常加入一定量的导电剂,在活性物质之间与集流体起到收集微电流的作用。

导电剂综述

作为锂离子电池导电剂材料使用的主要有常规导电剂SUPER-P、KS-6、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维VGCF等,这些导电剂拥有各自的优劣势。具体来看:

四大锂电池导电剂对比分析

导电剂的应用

当前锂离子电池中最为主要的导电剂,可分为导电炭黑,导电石墨和新型导电剂。

炭黑是目前使用最为广泛的导电剂, 主要采用有机物(天然气、重油等)不完全燃烧或受热分解而得到, 并通过高温处理以提高其导电性与纯度。

石墨导电剂基本为人造石墨, 与负极材料人造石墨相比, 作为导电剂的人造石墨具有更小的颗粒度, 一般为3~6 μm,且孔隙和比表面更发达, 有利于极片颗粒的压实以及改善离子和电子电导率。 新型导电剂包括碳纳米管(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比:

四大锂电池导电剂对比分析

1、SP

目前国内锂离子电池导电剂还是以常规导电剂SP为主。炭黑具有更好的离子和电子导电能力,因为炭黑具有更大的比表面积,所以有利于电解质的吸附而提高离子电导率。另外,炭一次颗粒团聚形成支链结构,能够与活性材料形成链式导电结构,有助于提高材料的电子导电率。

2、石墨导电剂

基本为人造石墨,与负极材料人造石墨相比,作为导电剂的人造石墨具有更小的颗粒度,有利于极片颗粒的压实以及改善离子和电子电导率。

3、CNT导电剂

在高端数码电池领域的应用比例较高达50%以上,在动力电池领域的应用比例相对较低。但近年来随着动力电池对能量密度、倍率性能、循环寿命等性能要求逐渐提高,CNT导电剂在该领域应用比例正在逐渐上升。

4、科琴黑

科琴黑只需要极低的添加量就可以达到高导电性,所以科琴黑一直是导电炭黑中的极品,长期以来在市场中处于领先地位。与其他用于电池的导电炭黑相比较,科琴黑具有独特的支链状形态。这种形态的优点在于,导电体导电接触点多,支链形成较多导电通路,因而只需很少的添加量即可达到极高的导电率(其他碳黑多为圆球状或片状,故需要很高的添加量才能达到所需的电性)。

科琴黑是目前比较前沿的超级导电炭黑,目前锂电的前10强基本都在用或者试验。其中EC-300J主要用于镍氢、镍镉电池;ECP和ECP-600JD主要用于高倍率大容量和电流密度的锂电,其中以ECP-600JD变现尤为突出。业界普遍认为:其优越的导电性和高纯度及独特的支链结构,在铁锂为正极材料的时代会崭露头角。

科琴黑用于电池中的产品有两种:Carbon ECP和Carbon ECP600JD、CP300JD。

导电剂的含量

a)导电剂在电极中的作用是提供电子移动的通道,导电剂含量适当能获得较高的放电容量和较好的循环性能,含量太低则电子导电通道少,不利于大电流充放电;太高则降低了活性物质的相对含量,使电池容量降低。

b)导电剂的存在可以影响电解液在电池体系内的分布,由于受锂离子电池的空间限制,注入的电解液量是有限的,一般是处于贫液状态,而电解液作为电池体系内部连接正负极的离子体,其分布对锂离子在液相中的迁移扩散有着至关重要的影响。

当一端电极中导电剂含量过高时,电解液富集在这一极而使另一极的锂离子传输过程缓慢,极化度较高,在反复循环后易于失效,从而影响电池的整体性能。

C)当导电剂的含量达到一个转折点就行,太多只会减少电极密度,使容量下降,而太少则会导致电极中活性物质利用率低,且高倍率放电性能下降。

四大锂电池导电剂对比分析

发展趋势

导电剂的开发将集中在以下4个方面:

(1) 在水性体系中还是在NMP有机体系溶剂中, 导电剂都应具有良好的分散性;

(2) 与高导电性的碳纳米管、石墨烯等新型炭材料复合, 以降低导电剂的使用比例和提高性能;

(3)提高比表面积和电解液吸附能力, 进一步提高极片的离子电导率。

(4)无论是碳纳米管还是石墨烯复合材料, 与传统的材料比, 亟需降低成本,以满足实际需求。

导电剂展望

分析认为,目前碳纳米管和石墨烯均可做成导电浆料,价格比普通炭黑SP贵很多。炭黑是非常成熟的导电剂,价格比较稳定。CNT和石墨烯未来随着规模化效应的提高,其价格下降空间相对较大,未来应用前景客观。

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