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导电剂对LiFePO4磷酸铁锂电池充放电性能的影响

时间:2014-8-13 9:42:59来源:本站原创浏览次数:
    在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。
    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。邓凌峰等比较了用粒状导电碳黑和线状碳纳米纤维分别作为导电剂对锂电池性能的影响,研究显示碳纳米纤维在电极中更易形成导电网络,制作而成的锂电池性能更优。另外, 除了用单一材料作为导电剂,还可以将导电剂复合化,综合两组分、三组分甚至更多组分导电剂的优势,形成协同效应。张庆堂等研究了乙炔黑和碳纳米管复合的双组分导电剂,乙炔黑促进了碳纳米管的分散并阻碍分散好的碳纳米管的再次团聚,有利于碳纳米管在正极材料中均匀分散,提高了复合电极的循环稳定性。
    导电剂的含量对于提高LiFePO4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。
    导电剂的分散程度对材料性能也有明显的影响。Dominko等的研究表明,添加2 wt%均匀分散的碳黑比添加10 wt%不均匀分散的碳黑的电化学性能好。Kuroda等研究也得出了类似的结。范长岭等以LiFePO4/C作为正极活性材料,以电导率更大的聚苯胺(PAn)替代AB 作为导电剂进行了恒电流充放电试验,研究表明,相对于AB来说,以PAn做导电剂LiFePO4/C的极化
程度降低,充放电比容量在不同电流密度下都有所增加。张洁等研究了科琴黑rKB)添加量以及KB在LiFePO4正极浆料中分散方式对电极片涂层附着力及其电池充放电、循环性能的影响,对
比了KB和AB导电剂LiFeP04电池的电化学性能。研究结果表明,高速剪切可以有效解决KB在LiFePO 电极浆料制备过程中易于团聚的问题,改善电池浆料分散性,提高正极片涂层附着
力;KB 添加量过高过低都会对电池性能造成影响,当KB的添加量为3%时,1 C倍率下的放电比容量高达约141 mAh/g。
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