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【原創(chuàng)】碳納米管導電劑可提高鋰電池的多種性能


來源:中國粉體網(wǎng)   橙子

[導讀]  CNT作為鋰離子電池的導電劑,可用于鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、錳氧化物等金屬氧化物正極材料及石墨負極材料中。

中國粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池正極活性材料多采用Co、 Ni和Mn等過渡金屬氧化物及過渡金屬磷酸鹽,導電性較差,因此,需要添加導電劑來減小電子傳輸?shù)淖枇,提高充放電性能。常見的導電劑有乙炔黑、導電炭黑、導?a href="http://m.cruisingreen.com/zc/0519.html" target="_blank" style="color:#0000ff">石墨、金屬纖維和碳納米管(CNT)等。 


CNT是由單層或多層石墨卷曲而成的一維管狀納米材料,基本單元為六邊形碳環(huán)結構,具有優(yōu)異的電學性能、熱學性能和儲鋰性能,作為導電材料受到廣泛的關注和應用。


碳納米管做導電劑的優(yōu)勢


鋰離子電池活性材料為顆粒狀,導電劑必須填充活性物質的間隙,使導電劑與活性物質充分接觸,才能提高導電性能。炭黑、乙炔黑、SuperP-Li及導電石墨均為小粒徑顆粒狀物質,添加量要達到一定值,才能發(fā)揮導電作用;但導電劑添加量的增加,會降低極片中活性物質的含量,從而降低電池的容量密度和能量密度。CNT為一維管狀結構,碳環(huán)可形成共軛效應,少量的添加就可形成充分連接活性物質的導電網(wǎng)絡,有利于提高電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。碳納米管具有雙電層效應,有利于提高電池的大倍率充放電性能。CNT良好的導熱性有助于電池的散熱,減輕內部極化,因此可提高電池的高低溫性能和安全性,延長壽命。CNT長徑比較高,達到相同的滲流閾值所需的添加量小于其他導電劑。此外,碳納米管的儲鋰容量,遠大于天然石墨、人造石墨和無定形碳等傳統(tǒng)碳材料,因此,使用碳納米管作為鋰電池導電劑,可以大幅度提升鋰電池容量、電池循環(huán)壽命。


CNT作導電劑的問題


CNT作鋰電池導電劑,存在以下兩個問題:


①合成過程中殘留有金屬催化劑, 在電池高電位的充放電過程中,金屬雜質容易氧化并在負極表面析出,導致電池內部微短路,自放電嚴重,甚至引起安全事故;


②CNT之間強烈的范德華力,導致在活 性物質中的均勻分散困難, 阻礙了導電性能的發(fā)揮。


CNT作導電劑的應用范圍


CNT作為鋰離子電池的導電劑,可用于鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、錳氧化物等金屬氧化物正極材料及石墨負極材料中,較其他導電劑,提高電池容量、循環(huán)穩(wěn)定性和延長循環(huán)壽命的效果更好。這主要得益于CNT獨特的一維管狀結構及較好的導電性、導熱性。如何降低CNT中金屬雜質對鋰離子電池的影響,以及提高分散性,是在鋰離子電池應用中的研究重點。

 


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