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鋰離子電池導(dǎo)電劑的相關(guān)研究導(dǎo)電劑研究的必要性導(dǎo)電劑研究的必要性導(dǎo)電劑作為鋰離子電池的重要組成部分,很大程度地影響著鋰離子電池的性能,錳氧化物,磷酸鹽等材料。這些材料的電導(dǎo)率都很低,但還要保持良好的大倍率充放電特性、較長(zhǎng)的使用壽命,這正是目前動(dòng)力鋰離子電池工業(yè)所面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。作為鋰離子電池重要組成部分的導(dǎo)電劑,對(duì)改善電池性能有著重要的作用。能夠提高充放電倍率、循環(huán)穩(wěn)定性的新型導(dǎo)電劑的研究開發(fā),已經(jīng)成了鋰離子電池研究的一個(gè)重要課題。從工作原理可知,正常的充放電過(guò)程,需要鋰離子、電子的共同參與,這就要求鋰離子電池的電極必須是離子和電子的混合導(dǎo)體,電極反應(yīng)也只能夠發(fā)生在電解液、導(dǎo)電劑、活性材料的接合處。然而事實(shí)上,鋰離子電池的正極、負(fù)極活性材料的導(dǎo)電性都不盡如人意。正極活性材料多為過(guò)渡金屬氧化物或者過(guò)渡金屬磷酸鹽,它們是半導(dǎo)體或者絕緣體,導(dǎo)電性較差,必須要加入導(dǎo)電劑來(lái)改善導(dǎo)電性;負(fù)極石墨材料的導(dǎo)電性稍好,但是在多次充放電中,石墨材料的膨脹收縮,使石墨顆粒間的接觸減少,間隙增大,甚至有些脫離集電極,成為死的活性材料,不再參與電極反應(yīng),所以也需要加入導(dǎo)電劑保持循環(huán)過(guò)程中的負(fù)極材料導(dǎo)電性的穩(wěn)定。由于磷酸鐵鋰作為活性材料本身導(dǎo)電性較差,雖經(jīng)碳包覆等后續(xù)研究對(duì)其性能進(jìn)行了改進(jìn),但其電極的內(nèi)阻較大,放電深度不夠等缺點(diǎn)還是會(huì)導(dǎo)致活性材料的利用率低,電極的殘余容量大。因此,改善磷酸鐵鋰和集流體之間以及磷酸鐵鋰顆粒之間的導(dǎo)電性,選取高性能的導(dǎo)電劑至關(guān)重幾種正極材料的電導(dǎo)率幾種正極材料的電導(dǎo)率導(dǎo)電劑的種類導(dǎo)電劑的種類!黑!!石墨石墨!氣相生長(zhǎng)碳纖維(VGCF)氣相生長(zhǎng)碳纖維(VGCF)導(dǎo)電劑在正極材料中的應(yīng)用導(dǎo)電劑在正極材料中的應(yīng)用?雙組分導(dǎo)電劑?Cheon等用雙組分導(dǎo)電劑(大顆粒石墨KS-6(6μm)和小顆粒碳黑SuperP(30nm))研究了不同的組成對(duì)LiCoO2的性能影響。實(shí)驗(yàn)表明,固定導(dǎo)電劑的用量為8(wt)%,隨著SuperP含量的增大,復(fù)合電極的能量密度增大,電極的表面電阻減小,雖然離子的擴(kuò)散速率減小,但電極的倍率充放電性能得到了改善,表明導(dǎo)電通道的形成對(duì)電極的性能有更大的影響。同時(shí)還發(fā)現(xiàn),兩種導(dǎo)電劑組分在一個(gè)合適的比值時(shí),比單一組分導(dǎo)電劑有更好的循環(huán)性能。Hong等對(duì)比了兩種小顆粒的物質(zhì)(SuperP或乙炔黑)和KS-6組成的雙組分導(dǎo)電劑對(duì)LiCoO2性能的影響。不同的是把導(dǎo)電劑的用量提高到了10(wt)%。這種情況下,他們的研究也表明,大顆粒KS-6中加入小顆粒SuerpP或乙炔黑的雙組分導(dǎo)電劑的性能要好于單組分的KS-6。原因是小顆粒填充了大顆粒導(dǎo)電劑和LiCoO2顆粒間的空隙。SuperP的顆粒小于乙炔黑的顆粒,KS-6和SuperP的復(fù)合導(dǎo)電劑性能要好于KS-6和乙炔黑的復(fù)合導(dǎo)電劑的性能。0.1~5μm,含量2(wt)%20(wt)%)復(fù)合起來(lái)作為正極導(dǎo)電劑,明0.1~5μm,含量2(wt)%20(wt)%)復(fù)合起來(lái)作為正極導(dǎo)電劑,明2μm,含量1(wt)%20(wt)%)和顆粒狀碳(含量99(wt)%~2μm,含量1(wt)%20(wt)%)和顆粒狀碳(含量99(wt)%~80(wt)%)復(fù)合而成。其中的顆粒狀中又包括晶體碳(含量90(wt)%60(wt)%)和非晶體碳(含量10(wt)%40(wt)%)。這合而成。其中的顆粒狀中又包括晶體碳(含量90(wt)%60(wt)%)和幾種導(dǎo)電劑的SEM幾種導(dǎo)電劑的SEM圖:7:8采用KetjenBlacEC-600JD作?分析原因,由于導(dǎo)電劑作用于LiFePO4/C材料的顆粒之間,其導(dǎo)電效果的好壞有很大程度決于顆粒的大小和與活性物質(zhì)的接觸方式。與顆粒狀導(dǎo)電劑乙炔黑和呈顆粒狀的KetjenBlackEC-600JD相比,碳納米管的纖維團(tuán)簇應(yīng)該更容易在活性物質(zhì)中構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),然而其團(tuán)簇體積過(guò)于龐大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LiFePO4/C材料顆粒幾十納米的粒徑,導(dǎo)致碳管難以伸展而無(wú)法形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。另外其團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)浪費(fèi)了活性物質(zhì)整體的質(zhì)量,導(dǎo)電效率較低且增大了電阻,所以在加入相同質(zhì)量的導(dǎo)電劑時(shí),其放電比容量最低。同時(shí)考慮在工業(yè)生產(chǎn)中碳納米管的體積龐大亦會(huì)降低振實(shí)密度,所以不適宜單獨(dú)用作LiFePO4/C材料的導(dǎo)電劑。?乙炔黑和KetjenBlackEC-600JD粒徑與LiFePO4/C材料相當(dāng),故而能更容易的填充在活性物質(zhì)顆粒之間。而KetjenBlackEC-600JD顆粒中孔多孔穴的特征使其在單位重量下個(gè)體數(shù)要比乙炔黑的個(gè)體數(shù)多很多,能更多地形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。并且其中孔多孔穴結(jié)構(gòu)可作為電解液的存儲(chǔ)庫(kù),存儲(chǔ)的電解液有利于鋰離子在電極中的運(yùn)輸。另外超大的比表面積和表面能使材料有團(tuán)聚的趨勢(shì)能相對(duì)容易地結(jié)成結(jié)實(shí)的網(wǎng)絡(luò),使得導(dǎo)電劑與正極活性物質(zhì)緊密接觸,從而為電子在電極中的運(yùn)輸提供了極其方便的通道。這使得加入KetjenBlackEC-600JD導(dǎo)電劑的電池在充放電測(cè)試中具有出色的性能。從文獻(xiàn)中得出的結(jié)論從文獻(xiàn)中得出的結(jié)論從上面可以推斷出如下結(jié)論:多組分導(dǎo)電劑比單組份導(dǎo)電劑具有更好的綜合性能纖維狀導(dǎo)電劑不適宜單獨(dú)用于電池導(dǎo)電劑,適宜和顆粒狀導(dǎo)電劑形成多組分導(dǎo)電劑用于電池導(dǎo)電劑,且纖維狀導(dǎo)電劑占多組分導(dǎo)電劑的比例較小合適。voltage(v)4.03.83.63.43.23.02.82.6specificcapacity(mAh單一組分導(dǎo)電劑不同倍率充電條件下的1C單一組分導(dǎo)電劑不同倍率充電條件下的1C放電曲線vovoltage(v)specificcapacity(mAh/g)4Cvoltage(v)3.43.23.02.82.62.42.2specificcapacity(mAh不同組分導(dǎo)電劑0.5C不同組分導(dǎo)電劑0.5C放電曲線對(duì)比vovoltage(v)specificcapacity(mAh/g)vovoltage(v)3.23.23.0雙組分導(dǎo)電劑2.82.62.42.20153045607590specificcapacity(mAh/g)單一導(dǎo)電劑不同組分導(dǎo)電劑循環(huán)性能對(duì)比不同組分導(dǎo)電劑循環(huán)性能對(duì)比specificcapacity(mAh/g)40200雙組分導(dǎo)電劑雙組分導(dǎo)電劑單組分導(dǎo)電劑cyclenumber(times)雙組分導(dǎo)電劑容量衰減曲線雙組分導(dǎo)電劑容量衰減曲線
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