導(dǎo)電劑對磷酸鐵鋰電池充放電性能影響主要有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-30 09:30
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導(dǎo)電劑的首要作用是提高電子電導(dǎo)率。在極片制作時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，能加強磷酸鐵鋰電池的導(dǎo)電性。
導(dǎo)電劑對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，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；又因為乙炔黑的導(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。實驗數(shù)據(jù)表明，電芯分容比容量達到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)計可達4000以上（80%DOD），可以滿足動力電池和儲能磷酸鐵鋰電池的需求。
導(dǎo)電劑的含量會影響電池哪些性能？
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，其分布對鋰離子在液相中的遷移擴散有著至關(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，價格比普通炭黑SP貴很多。炭黑是非常成熟的導(dǎo)電劑，價格比較穩(wěn)定。CNT和石墨烯未來隨著規(guī)?；?yīng)的提高，其價格下降空間相對較大，未來應(yīng)用前景客觀。
C.當(dāng)導(dǎo)電劑的含量達到一個轉(zhuǎn)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(dǎo)致電極中活性物質(zhì)利用率低，且高倍率放電性能下降。
