鋰電池在充放電循環(huán)中,正負極極片上有電流通過時,就會有凈反應(yīng)發(fā)作,標明電極失去了原有的平衡狀況,電極電位將違背平衡電位,就產(chǎn)生了常說的極化。鋰電池極化能夠分為歐姆極化、電化學(xué)極化和濃差極化。極化電壓是反應(yīng)鋰離子電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的主要參數(shù),假如極化電壓長時間不合理,則會致使負極鋰金屬分出加速,嚴重情況下會刺穿隔閡致使短路。據(jù)鋰電池前期試驗數(shù)據(jù),單純依托活物質(zhì)的導(dǎo)電性是不足以滿足電子搬遷速率要求的,為了使電子能夠迅速移動歸位,呈現(xiàn)了導(dǎo)電劑的參加。
導(dǎo)電劑的首要效果是進步電子電導(dǎo)率。導(dǎo)電劑在具活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到搜集微電流的效果以減小電極的觸摸電阻,進步鋰電池中電子的搬遷速率,下降電池極化。此外,導(dǎo)電劑也能夠進步極片加工性,推進電解液對極片的滋潤,然后進步鋰電池的運用壽數(shù)。
二、常用鋰電池導(dǎo)電劑
常用的鋰電池導(dǎo)電劑能夠分為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑(如炭黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維等)和新式導(dǎo)電劑(如碳納米管、石墨烯及其混合導(dǎo)電漿料等)。市面上的導(dǎo)電劑類型有SPUER Li、S-O、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、350G、乙炔黑(AB)、科琴黑(KB)、氣相生長碳纖維(VGCF)、碳納米管(CNT)等等。
(1)炭黑
炭黑在掃描電鏡下呈鏈狀或葡萄狀,單個炭黑顆粒具有十分大的比表面積(700m2/g)。炭黑顆粒的高比表面積、堆積嚴密有利于顆粒之間嚴密觸摸在一起,組成了電極中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。比表面較大帶來的技術(shù)疑問是渙散艱難、具有較強的吸油性,這就需要通過改進活物質(zhì)、導(dǎo)電劑的混料技術(shù)來進步其渙散性,并將炭黑量控制在必定范圍內(nèi)(通常是1.5%以下),炭黑形狀及其在活物質(zhì)中混合狀況如圖1所示。
(2)導(dǎo)電石墨
導(dǎo)電石墨也具有較好的導(dǎo)電性,其自身顆粒較挨近活物質(zhì)顆粒粒徑,顆粒與顆粒之間呈點觸摸的方式,能夠構(gòu)成必定規(guī)劃的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造,進步導(dǎo)電速率的一起用于負極時更可進步負極容量。
(3)碳纖維(VGCF)
導(dǎo)電碳纖維具有線性構(gòu)造,在電極中簡單構(gòu)成杰出的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),表現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性,因而減輕電極極化,下降電池內(nèi)阻及改進電池功能。在碳纖維作為導(dǎo)電劑的電池內(nèi)部,活物質(zhì)與導(dǎo)電劑觸摸方式為點線觸摸,對比于導(dǎo)電炭黑與導(dǎo)電石墨的點點觸摸方式,不只有利于進步電極導(dǎo)電性,更能下降導(dǎo)電劑用量,進步電池容量。VGCF和導(dǎo)電炭黑在活物質(zhì)中渙散狀況對比如圖2所示:
(4)碳納米管(CNT)
CNT能夠分為單壁CNT和多壁CNT,一維構(gòu)造的碳納米管與纖維相似呈長柱狀,內(nèi)部中空。利用碳納米管作為導(dǎo)電劑能夠較好的布起完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),其與活物質(zhì)也是呈點線觸摸方式,關(guān)于進步電池容量(進步極片壓實密度)、倍率功能、電池循環(huán)壽數(shù)和下降電池界面阻抗具有很大的效果。如今,比亞迪、中航鋰電有些商品運用CNT作為導(dǎo)電劑,經(jīng)反應(yīng)具有不錯的效果。碳納米管可分為羈絆式和陣列式兩種生長狀況,無論是哪種方式其使用于鋰電池中都存在一個疑問即是渙散,如今能夠通過高速剪切、增加渙散劑、做成渙散漿料、超細磨珠靜電渙散等技術(shù)處理。
(5)石墨烯
石墨烯作為新式導(dǎo)電劑,因為其共同的片狀構(gòu)造(二維構(gòu)造),與活性物質(zhì)的觸摸為點-面觸摸而不是慣例的點點觸摸方式,這么能夠最大化的表現(xiàn)導(dǎo)電劑等效果,削減導(dǎo)電劑的用量,然后能夠多運用活性物質(zhì),提高鋰電池容量??墒且驗槠浔惧X較高,渙散艱難、具有阻止鋰離子傳輸?shù)葔奶帥]有徹底被工業(yè)化使用。
(6)二元、三元導(dǎo)電漿料
在最新的研究進展中,有些鋰電池選用的導(dǎo)電劑是CNT、石墨烯、導(dǎo)電炭黑之間兩者或三者的混合漿料。將導(dǎo)電劑復(fù)合做成導(dǎo)電漿料是工業(yè)使用的需要,也是導(dǎo)電劑之間彼此協(xié)同、激起效果的結(jié)果。無論是炭黑、石墨烯仍是CNT,將其三者獨自運用時現(xiàn)已很大的渙散難度,假如想要將其與活物質(zhì)均勻混合,則需要在未進行電極漿料攪拌之前,將其渙散開然后再投入運用。三元漿料用于正極活物質(zhì)攪拌狀況如圖3所示:
三、導(dǎo)電劑的將來
導(dǎo)電劑的形狀、品種各異,其微觀構(gòu)造是影響導(dǎo)電功能的主要因素。從炭黑的顆粒狀到碳纖維、CNT的一維構(gòu)造再到如今的石墨烯二維片狀構(gòu)造,這是一個不斷改進的進程。在實踐使用中,炭黑作為導(dǎo)電劑使用現(xiàn)已十分廣泛,技術(shù)也十分成熟了。CNT作為導(dǎo)電劑使用于動力電池現(xiàn)已過較多廠商試驗、使用,取得了極好的效果??墒鞘┮驗槠浔惧X、技術(shù)疑問還沒有大面積使用于導(dǎo)電劑職業(yè)。每種導(dǎo)電劑都各有其優(yōu)勢,取長補短,多元混合的導(dǎo)電漿料將是將來導(dǎo)電劑的干流發(fā)展方向。