鋰電池導電劑哪種好?
鋰電池導電劑在整個鋰離子電池中主要有兩個作用:傳導電子和吸納電解液;所以添加導電劑后,能夠改善鋰離子電池的倍率、循環、降低內阻以及增加電池容量;導電劑不能加多也不能加少,多了不僅會影響能量密度,還會影響正極克容量的發揮。
鋰電池導電劑按照物質分為:金屬導電劑和碳材類導電劑;目前主要用的是碳材類的導電劑,主要有:Super-P,乙炔炭黑,石墨、VGCF,CNT等。
從電阻率來說,CNT的電阻率最小,VGCF次之,電阻率最大的是Super-P;但是VGCF和CNT面臨的問題就是分散和價格問題;
國內有些鋰電池生產廠家在研究分散好的導電液,但效果都不是很好,性價比不劃算,所以現在用的最多的導電劑還是Super-P,以及導電石墨。
另外,乙炔炭黑也有效果,主要都是納米超導乙炔炭黑,添加少量就可以大大改善導電性能。
目前,大部分鋰電池生產廠家都是采用復合的導電劑,就是將幾種導電劑混合使用:
常用的組合為SP+KS系列;或者SP+VGCF等;甚至有些廠家使用的是3組分導電劑。
導電劑的作用:
a)導電劑在電極中的作用是提供電子移動的通道,導電劑含量適當能獲得較高的放電容量和較好的循環性能,含量太低則電子導電通道少,不利于大電流充放電;太高則降低了活性物質的相對含量,使電池容量降低。
b)導電劑的存在可以影響電解液在電池體系內的分布,由于受鋰離子電池的空間限制,注入的電解液量是有限的,一般是處于貧液狀態,而電解液作為電池體系內部連接正負極的離子體,其分布對鋰離子在液相中的遷移擴散有著至關重要的影響。當一端電極中導電劑含量過高時,電解液富集在這一極而使另一極的鋰離子傳輸過程緩慢,極化度較高,在反復循環后易于失效,從而影響電池的整體性能。
C)當導電劑的含量達到一個轉折點就行,太多只會減少電極密度,使容量下降,而太少則會導致電極中活性物質利用率低,且高倍率放電性能下降。
1、SP導電劑
目前國內鋰離子電池導電劑還是以常規導電劑SP為主。炭黑具有更好的離子和電子導電能力,因為炭黑具有更大的比表面積,所以有利于電解質的吸附而提高離子電導率。另外,炭一次顆粒團聚形成支鏈結構,能夠與活性材料形成鏈式導電結構,有助于提高材料的電子導電率。
2、石墨導電劑
基本為人造石墨,與負極材料人造石墨相比,作為導電劑的人造石墨具有更小的顆粒度,有利于極片顆粒的壓實以及改善離子和電子電導率。
3、CNT導電劑
在高端數碼電池領域的應用比例較高達50%以上,在動力電池領域的應用比例相對較低。但近年來隨著動力電池對能量密度、倍率性能、循環壽命等性能要求逐漸提高,CNT導電劑在該領域應用比例正在逐漸上升。
4、科琴黑
科琴黑只需要極低的添加量就可以達到高導電性,所以科琴黑一直是導電炭黑中的極品,長期以來在市場中處于領先地位。與其他用于電池的導電炭黑相比較,科琴黑具有獨特的支鏈狀形態。這種形態的優點在于,導電體導電接觸點多,支鏈形成較多導電通路,因而只需很少的添加量即可達到極高的導電率(其他碳黑多為圓球狀或片狀,故需要很高的添加量才能達到所需的電性)。
科琴黑是目前比較前沿的超級導電炭黑,目前鋰電的前10強基本都在用或者試驗。其中EC-300J主要用于鎳氫、鎳鎘電池;ECP和ECP-600JD主要用于高倍率大容量和電流密度的鋰電,其中以ECP-600JD變現尤為突出。業界普遍認為:其優越的導電性和高純度及獨特的支鏈結構,在鐵鋰為正極材料的時代會嶄露頭角。