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导电剂对磷酸铁锂电池充放电性能有何影响

来源:维多利亚3308  日期:2019-03-11 14:10  浏览量:

  导电剂对磷酸铁锂电池充放电性能有何影响?导电剂的首要作用是提高电子电导率。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,能加强磷酸铁锂电池的导电性。

  导电剂对磷酸铁锂电池充放电性能有何影响?

磷酸铁锂电池c.jpg

  在磷酸铁锂电池浆料的制备过程导电剂的加入仍是必不可少的。添加导电剂,可以使其在LiFePO中形成导电网络,收集微电流,减小电极的接触电阻,加速电子的迁移速率,从而提高LiFePO的充放电性能。

  磷酸铁锂材料由于具有成本低、环境相容性好、比容量较高、稳定性好等优点,成为一种极具应用潜力的锂离子电池正极材料。由于磷酸铁锂材料的导电率低,在配料时需加入一定量的导电剂,导电剂比表面积大,单位质量颗粒多,有利于在电极中开成链式导电网络,从而提高电极的导电率,有助于磷酸铁锂电池的容量发挥和降低电池极化内阻。

  常用的导电剂有碳黑、石墨、碳纤维、金属纤维等。高结构炭黑颗粒细,网状链堆积紧密、比表面积大,有利于在电极中形成链式导电结构。其中在众多炭黑种类中以乙炔黑(AB)为最佳。一般认为,乙炔黑晶格化程度低,锂离子在其中嵌入与脱出的吉布斯自由能相差不大;又因为乙炔黑的导电率较大,且电阻放热较小,故其影响磷酸铁锂电池安全性的程度较小。

  石墨和碳纤维具有导电性好、密度小、结构稳定以及化学稳定性等特性,也常被用作锂离子电池正极材料的导电剂。碳纳米管作为一种纳米纤维材料,有很高的长径比,较大的比表面积和好的导电导热性能,理论上是锂离子电池理想的导电剂。

  导电剂的含量对于提高LiFePO4磷酸铁锂电池的充放电性能也有明显的影响。导电剂含量太低则难以形成有效的导电网络,不能形成足够的电子导电通道,不利于大电流充放电;含量太高则降低了活性物质的相对含量,使电池的体积比容量降低。

  在磷酸铁锂电池正极材料中采用1%CNT+3%superP+1%KS-6复合添加剂,可以发挥复合添加剂的协同作用,可以有效提高电芯的整体性能。实验数据表明,电芯分容比容量达到146.32mAh/g,高于采用CNT+superP复合添加剂的电芯分容比容量139.06mAh/g;

  前者电芯分容后内阻平均值为1.0mΩ,而后者是3.25mΩ。此外,添加CNT+SP+KS-6复合添加剂电芯的自放电小,电池循环性能优良,电池经过2165次循环,容量保持率为91.78%,电池循环寿命预计可达4000以上(80%DOD),可以满足动力电池和储能磷酸铁锂电池的需求。

  导电剂的含量会影响电池哪些性能?

导电剂.jpg

  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磷酸铁锂电池体系内的分布,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。

  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。

  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。

  作为磷酸铁锂电池关键非主材之一的导电剂,在整个锂离子极片上起到了非常重要的作用,它最基本的功能就是导电。虽然其在电池中所占的份量较少,但很大程度地影响着锂离子电池的性能,对改善电池循环性能、容量发挥、倍率性能等有着很重要的作用。

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