導(dǎo)電劑對(duì)磷酸鐵鋰電池充放電性能有何影響

來源：存能電氣  日期：2019-03-11 14:10  瀏覽量：次

　　導(dǎo)電劑對(duì)磷酸鐵鋰電池充放電性能有何影響？導(dǎo)電劑的首要作用是提高電子電導(dǎo)率。在極片制作時(shí)通常加入一定量的導(dǎo)電劑，在活性物質(zhì)之間與集流體起到收集微電流的作用，能加強(qiáng)磷酸鐵鋰電池的導(dǎo)電性。

　　導(dǎo)電劑對(duì)磷酸鐵鋰電池充放電性能有何影響？

　　在磷酸鐵鋰電池漿料的制備過程導(dǎo)電劑的加入仍是必不可少的。添加導(dǎo)電劑，可以使其在LiFePO中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，收集微電流，減小電極的接觸電阻，加速電子的遷移速率，從而提高LiFePO的充放電性能。

　　磷酸鐵鋰材料由于具有成本低、環(huán)境相容性好、比容量較高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，成為一種極具應(yīng)用潛力的鋰離子電池正極材料。由于磷酸鐵鋰材料的導(dǎo)電率低，在配料時(shí)需加入一定量的導(dǎo)電劑，導(dǎo)電劑比表面積大，單位質(zhì)量顆粒多，有利于在電極中開成鏈?zhǔn)綄?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高電極的導(dǎo)電率，有助于磷酸鐵鋰電池的容量發(fā)揮和降低電池極化內(nèi)阻。

　　常用的導(dǎo)電劑有碳黑、石墨、碳纖維、金屬纖維等。高結(jié)構(gòu)炭黑顆粒細(xì)，網(wǎng)狀鏈堆積緊密、比表面積大，有利于在電極中形成鏈?zhǔn)綄?dǎo)電結(jié)構(gòu)。其中在眾多炭黑種類中以乙炔黑(AB)為最佳。一般認(rèn)為，乙炔黑晶格化程度低，鋰離子在其中嵌入與脫出的吉布斯自由能相差不大；又因?yàn)橐胰埠诘膶?dǎo)電率較大，且電阻放熱較小，故其影響磷酸鐵鋰電池安全性的程度較小。

　　石墨和碳纖維具有導(dǎo)電性好、密度小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及化學(xué)穩(wěn)定性等特性，也常被用作鋰離子電池正極材料的導(dǎo)電劑。碳納米管作為一種納米纖維材料，有很高的長(zhǎng)徑比，較大的比表面積和好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，理論上是鋰離子電池理想的導(dǎo)電劑。

　　導(dǎo)電劑的含量對(duì)于提高LiFePO4磷酸鐵鋰電池的充放電性能也有明顯的影響。導(dǎo)電劑含量太低則難以形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，不能形成足夠的電子導(dǎo)電通道，不利于大電流充放電；含量太高則降低了活性物質(zhì)的相對(duì)含量，使電池的體積比容量降低。

　　在磷酸鐵鋰電池正極材料中采用1%CNT+3%superP+1%KS-6復(fù)合添加劑，可以發(fā)揮復(fù)合添加劑的協(xié)同作用，可以有效提高電芯的整體性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，電芯分容比容量達(dá)到146.32mAh/g，高于采用CNT+superP復(fù)合添加劑的電芯分容比容量139.06mAh/g；

　　前者電芯分容后內(nèi)阻平均值為1.0mΩ，而后者是3.25mΩ。此外，添加CNT+SP+KS-6復(fù)合添加劑電芯的自放電小，電池循環(huán)性能優(yōu)良，電池經(jīng)過2165次循環(huán)，容量保持率為91.78%，電池循環(huán)壽命預(yù)計(jì)可達(dá)4000以上（80%DOD），可以滿足動(dòng)力電池和儲(chǔ)能磷酸鐵鋰電池的需求。

　　導(dǎo)電劑的含量會(huì)影響電池哪些性能？

　　a.導(dǎo)電劑在電極中的作用是提供電子移動(dòng)的通道，導(dǎo)電劑含量適當(dāng)能獲得較高的放電容量和較好的循環(huán)性能，含量太低則電子導(dǎo)電通道少，不利于大電流充放電；太高則降低了活性物質(zhì)的相對(duì)含量，使電池容量降低。

　　b.導(dǎo)電劑的存在可以影響電解液在磷酸鐵鋰電池體系內(nèi)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(tài)，而電解液作為電池體系內(nèi)部連接正負(fù)極的離子體，其分布對(duì)鋰離子在液相中的遷移擴(kuò)散有著至關(guān)重要的影響。

　　目前碳納米管和石墨烯均可做成導(dǎo)電漿料，價(jià)格比普通炭黑SP貴很多。炭黑是非常成熟的導(dǎo)電劑，價(jià)格比較穩(wěn)定。CNT和石墨烯未來隨著規(guī)?；?yīng)的提高，其價(jià)格下降空間相對(duì)較大，未來應(yīng)用前景客觀。

　　C.當(dāng)導(dǎo)電劑的含量達(dá)到一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)就行，太多只會(huì)減少電極密度，使容量下降，而太少則會(huì)導(dǎo)致電極中活性物質(zhì)利用率低，且高倍率放電性能下降。

　　作為磷酸鐵鋰電池關(guān)鍵非主材之一的導(dǎo)電劑,在整個(gè)鋰離子極片上起到了非常重要的作用,它最基本的功能就是導(dǎo)電。雖然其在電池中所占的份量較少，但很大程度地影響著鋰離子電池的性能，對(duì)改善電池循環(huán)性能、容量發(fā)揮、倍率性能等有著很重要的作用。