新聞中心
NEWS
當(dāng)前位置：
鋰電池中導(dǎo)電劑有哪些
來源:
|
作者:pmtce820c
|
發(fā)布時(shí)間: 2020-09-10
|
1103 次瀏覽
|
分享到:
常用的鋰電池導(dǎo)電劑可分為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（如炭黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維等）和新型導(dǎo)電劑（如碳納米管、石墨烯及其共混導(dǎo)電漿料等），市面上的導(dǎo)電配方有SPUERLi、S-O、，KS-6、KS-15、SFG、SFG至15、350g、乙炔黑（AB）、科琴黑（KB）、氣相碳纖維（VGCF）、碳納米管（CNT）等。
常用的鋰電池導(dǎo)電劑可分為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（如炭黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維等）和新型導(dǎo)電劑（如碳納米管、石墨烯及其共混導(dǎo)電漿料等），市面上的導(dǎo)電配方有SPUERLi、S-O、，KS-6、KS-15、SFG、SFG至15、350g、乙炔黑（AB）、科琴黑（KB）、氣相碳纖維（VGCF）、碳納米管（CNT）等。
炭黑
炭黑鏈或葡萄形狀的掃描電子顯微鏡（SEM）下，單個(gè)炭黑顆粒的比表面積非常大（700m2/g）。高比表面積，大塊炭黑顆粒之間緊密接觸，組成電極中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。大于表面分散度是一個(gè)技術(shù)難題，具有較強(qiáng)的吸油性，這就需要通過改善活性物質(zhì)、混合導(dǎo)電劑的工藝來改善其分散性，并將炭黑的用量控制在一定范圍內(nèi)（通常為1.5%以下），炭黑及其在活性物質(zhì)中的混合狀態(tài)如下圖所示。
導(dǎo)電炭黑的原理
炭黑的導(dǎo)電性能與炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變、表面性質(zhì)、粒子大小和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變對他的導(dǎo)電性能有顯著影響，石墨化的炭黑具有較高的導(dǎo)電率。當(dāng)炭黑的表面含有揮發(fā)份或焦油狀雜質(zhì)，即溶劑抽出物時(shí)由于炭黑表面覆蓋一層含氧化合物的膜，使炭黑粒子表面形成一層絕緣層，這種絕緣層的存在會顯著地增加炭黑的電阻。當(dāng)把炭黑在真空或惰性氣體加熱除去含氧揮發(fā)份和油狀雜質(zhì)后，其電阻會顯著減小。當(dāng)炭黑粒徑減小，即他的分散度增加時(shí)，由于在單位體積內(nèi)粒子數(shù)目增加，也會是電阻減小。因此可以說較細(xì)粒子的炭黑具有較好的導(dǎo)電能力，炭黑的結(jié)構(gòu)是影響炭黑的導(dǎo)電性能的重要因素，這顯然是由于炭黑鏈枝結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)的存在。炭黑導(dǎo)電性能的測定，通常是測定干炭黑的粉體電阻比。也就是把炭黑在一個(gè)絕緣的圓筒中用金屬柱塞電極壓縮大恒壓或恒體積是，測定其電阻值并算出比體積電阻。前者稱為定壓法后者成為定容法。定壓法用的壓力位100-130公斤/立方厘米。對高結(jié)構(gòu)的炭黑采用定容法所測得的比電阻更能反映出與應(yīng)用的關(guān)系。
導(dǎo)電石墨
導(dǎo)電石墨還具有良好的導(dǎo)電性，其顆粒大小接近于活性物質(zhì)的顆粒大小，顆粒與顆粒之間以點(diǎn)接觸的形式存在，能形成一定規(guī)模的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)電率的同時(shí)更能提高陰極陽極的容量。
碳纖維（VGCF）
導(dǎo)電碳纖維具有線性結(jié)構(gòu)，容易在電極中形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，從而降低電極極化，降低電池內(nèi)阻，提高電池性能性能。在電池內(nèi)部的碳纖維作為導(dǎo)電劑，帶電材料與導(dǎo)電劑的接觸形式為點(diǎn)、線，相比導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨的接觸形式較少，而且不僅有利于提高電極的導(dǎo)電性，可以減少導(dǎo)電劑，增加電池容量。VGCF與石墨烯混合在活性材料中的分散狀態(tài)及導(dǎo)電機(jī)理如下圖所示：
碳納米管
碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，一維結(jié)構(gòu)的碳納米管和纖維相似，呈長圓柱形，內(nèi)部中空。采用碳納米管作為導(dǎo)電劑可以更好地與帶電材料以點(diǎn)-線接觸的形式編織出完美的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對提高電池容量（提高片材壓實(shí)密度）、性能、電池循環(huán)壽命和降低電池界面阻抗有很大的效果。目前，比亞迪、中航鋰電零部件產(chǎn)品采用碳納米管作為導(dǎo)電劑，反應(yīng)效果良好。碳納米管可分為獾型和陣列型兩種生長條件，無論其在鋰電池中的應(yīng)用形式有一個(gè)問題，目前可以通過高速剪切、添加分散劑、分散漿料、超細(xì)磨粒等來解決靜電分散過程。
石墨烯導(dǎo)電劑
石墨烯作為一種新型導(dǎo)電劑，由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)（2d）結(jié)構(gòu)，對于與活性物質(zhì)的接觸點(diǎn)-表面接觸代替了傳統(tǒng)的小接觸形式，因此可以最大限度地發(fā)揮導(dǎo)電劑的作用，減少導(dǎo)電劑的用量，并且可以使用更多的活性物質(zhì)，提高鋰電池容量。但由于其成本高、分散困難和存在阻礙鋰離子傳輸?shù)热秉c(diǎn)，尚未得到充分的工業(yè)化應(yīng)用。
機(jī)理：
(1) 電子電導(dǎo)率高, 使用很少量的石墨烯就可以有效降低電池內(nèi)部的歐姆極化;
(2)二維片層結(jié)構(gòu),與零維的碳黑顆粒和一維碳納米管相比,石墨烯可以和活性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)“面-點(diǎn)”接觸, 具有更低的導(dǎo)電閾值, 并且可以從更大的空間跨度上在極片中構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)整個(gè)電極上的“長程導(dǎo)電”(不同制備方法制備得到的石墨烯材料尺寸有所區(qū)別; 本課題組采用熱還原氧化石墨法, 制備得到的石墨烯片層尺寸約2um);
(3) 超薄特性, 石墨烯是典型的表面性固體, 相較于具有多sp2碳層的碳黑、導(dǎo)電石 墨和多壁碳納米管, 石墨烯上所有碳原子都可以暴露出來進(jìn)行電子傳遞, 原子利用效率高, 故可以在最少的使用量下構(gòu)成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 提高電池的能量密度;
(4) 高柔韌性, 能夠與活性物質(zhì)良好接觸, 緩沖充放電過程中活性物質(zhì)材料出現(xiàn)的體積膨脹收縮, 抑制極片的回彈效應(yīng), 保證電池良好的循環(huán)性能。
二元，三元導(dǎo)電漿料
在最新的鋰電池研究進(jìn)展中，導(dǎo)電劑是介于碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電炭黑之間的兩種或三種漿料。導(dǎo)電漿料的復(fù)合導(dǎo)電劑使其成為工業(yè)應(yīng)用的需要，也是導(dǎo)電劑之間協(xié)同增效、激發(fā)作用的結(jié)果。炭黑、石墨烯和碳納米管，單獨(dú)使用時(shí)有其三大困難，如果想與生活中的材料混合，可能需要在電極糊上進(jìn)行混合后再展開，然后投入使用。
炭黑
炭黑鏈或葡萄形狀的掃描電子顯微鏡（SEM）下，單個(gè)炭黑顆粒的比表面積非常大（700m2/g）。高比表面積，大塊炭黑顆粒之間緊密接觸，組成電極中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。大于表面分散度是一個(gè)技術(shù)難題，具有較強(qiáng)的吸油性，這就需要通過改善活性物質(zhì)、混合導(dǎo)電劑的工藝來改善其分散性，并將炭黑的用量控制在一定范圍內(nèi)（通常為1.5%以下），炭黑及其在活性物質(zhì)中的混合狀態(tài)如下圖所示。
導(dǎo)電炭黑的原理
炭黑的導(dǎo)電性能與炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變、表面性質(zhì)、粒子大小和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。炭黑粒子的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變對他的導(dǎo)電性能有顯著影響，石墨化的炭黑具有較高的導(dǎo)電率。當(dāng)炭黑的表面含有揮發(fā)份或焦油狀雜質(zhì)，即溶劑抽出物時(shí)由于炭黑表面覆蓋一層含氧化合物的膜，使炭黑粒子表面形成一層絕緣層，這種絕緣層的存在會顯著地增加炭黑的電阻。當(dāng)把炭黑在真空或惰性氣體加熱除去含氧揮發(fā)份和油狀雜質(zhì)后，其電阻會顯著減小。當(dāng)炭黑粒徑減小，即他的分散度增加時(shí)，由于在單位體積內(nèi)粒子數(shù)目增加，也會是電阻減小。因此可以說較細(xì)粒子的炭黑具有較好的導(dǎo)電能力，炭黑的結(jié)構(gòu)是影響炭黑的導(dǎo)電性能的重要因素，這顯然是由于炭黑鏈枝結(jié)構(gòu)或纖維結(jié)構(gòu)的存在。炭黑導(dǎo)電性能的測定，通常是測定干炭黑的粉體電阻比。也就是把炭黑在一個(gè)絕緣的圓筒中用金屬柱塞電極壓縮大恒壓或恒體積是，測定其電阻值并算出比體積電阻。前者稱為定壓法后者成為定容法。定壓法用的壓力位100-130公斤/立方厘米。對高結(jié)構(gòu)的炭黑采用定容法所測得的比電阻更能反映出與應(yīng)用的關(guān)系。
導(dǎo)電石墨
導(dǎo)電石墨還具有良好的導(dǎo)電性，其顆粒大小接近于活性物質(zhì)的顆粒大小，顆粒與顆粒之間以點(diǎn)接觸的形式存在，能形成一定規(guī)模的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)電率的同時(shí)更能提高陰極陽極的容量。
碳纖維（VGCF）
導(dǎo)電碳纖維具有線性結(jié)構(gòu)，容易在電極中形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，從而降低電極極化，降低電池內(nèi)阻，提高電池性能性能。在電池內(nèi)部的碳纖維作為導(dǎo)電劑，帶電材料與導(dǎo)電劑的接觸形式為點(diǎn)、線，相比導(dǎo)電炭黑和導(dǎo)電石墨的接觸形式較少，而且不僅有利于提高電極的導(dǎo)電性，可以減少導(dǎo)電劑，增加電池容量。VGCF與石墨烯混合在活性材料中的分散狀態(tài)及導(dǎo)電機(jī)理如下圖所示：
碳納米管
碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，一維結(jié)構(gòu)的碳納米管和纖維相似，呈長圓柱形，內(nèi)部中空。采用碳納米管作為導(dǎo)電劑可以更好地與帶電材料以點(diǎn)-線接觸的形式編織出完美的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，對提高電池容量（提高片材壓實(shí)密度）、性能、電池循環(huán)壽命和降低電池界面阻抗有很大的效果。目前，比亞迪、中航鋰電零部件產(chǎn)品采用碳納米管作為導(dǎo)電劑，反應(yīng)效果良好。碳納米管可分為獾型和陣列型兩種生長條件，無論其在鋰電池中的應(yīng)用形式有一個(gè)問題，目前可以通過高速剪切、添加分散劑、分散漿料、超細(xì)磨粒等來解決靜電分散過程。
石墨烯導(dǎo)電劑
石墨烯作為一種新型導(dǎo)電劑，由于其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)（2d）結(jié)構(gòu)，對于與活性物質(zhì)的接觸點(diǎn)-表面接觸代替了傳統(tǒng)的小接觸形式，因此可以最大限度地發(fā)揮導(dǎo)電劑的作用，減少導(dǎo)電劑的用量，并且可以使用更多的活性物質(zhì)，提高鋰電池容量。但由于其成本高、分散困難和存在阻礙鋰離子傳輸?shù)热秉c(diǎn)，尚未得到充分的工業(yè)化應(yīng)用。
機(jī)理：
(1) 電子電導(dǎo)率高, 使用很少量的石墨烯就可以有效降低電池內(nèi)部的歐姆極化;
(2)二維片層結(jié)構(gòu),與零維的碳黑顆粒和一維碳納米管相比,石墨烯可以和活性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)“面-點(diǎn)”接觸, 具有更低的導(dǎo)電閾值, 并且可以從更大的空間跨度上在極片中構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)整個(gè)電極上的“長程導(dǎo)電”(不同制備方法制備得到的石墨烯材料尺寸有所區(qū)別; 本課題組采用熱還原氧化石墨法, 制備得到的石墨烯片層尺寸約2um);
(3) 超薄特性, 石墨烯是典型的表面性固體, 相較于具有多sp2碳層的碳黑、導(dǎo)電石 墨和多壁碳納米管, 石墨烯上所有碳原子都可以暴露出來進(jìn)行電子傳遞, 原子利用效率高, 故可以在最少的使用量下構(gòu)成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 提高電池的能量密度;
(4) 高柔韌性, 能夠與活性物質(zhì)良好接觸, 緩沖充放電過程中活性物質(zhì)材料出現(xiàn)的體積膨脹收縮, 抑制極片的回彈效應(yīng), 保證電池良好的循環(huán)性能。
二元，三元導(dǎo)電漿料
在最新的鋰電池研究進(jìn)展中，導(dǎo)電劑是介于碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電炭黑之間的兩種或三種漿料。導(dǎo)電漿料的復(fù)合導(dǎo)電劑使其成為工業(yè)應(yīng)用的需要，也是導(dǎo)電劑之間協(xié)同增效、激發(fā)作用的結(jié)果。炭黑、石墨烯和碳納米管，單獨(dú)使用時(shí)有其三大困難，如果想與生活中的材料混合，可能需要在電極糊上進(jìn)行混合后再展開，然后投入使用。
咨詢電話：19979978577(同微信)
sale@sxceramics.cn
辦公地址：上海市閔行區(qū)泰虹路168弄T1-102室
Copyright ?2010-2024 上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 ICP備案：滬ICP備19048146號-1
友情鏈接：