导电剂在磷酸铁锂电池中的应用

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磷酸铁锂生产配方及工艺

磷酸铁锂生产配方及工艺

磷酸铁锂生产配方及工艺磷酸铁锂(LiFePO4)是一种重要的锂离子电池正极材料,具有高能量密度、长循环寿命、较高的安全性和良好的低温性能等特点。

其生产配方和工艺对电池性能的稳定性和优良性能具有重要影响。

磷酸铁锂的生产配方主要包括正极材料、导电剂和粘结剂三个组成部分。

正极材料是磷酸铁锂的核心组成部分,其化学式为LiFePO4、正极材料的制备可以通过固相法、溶液法和氧化物法等不同方法进行。

采用固相法制备磷酸铁锂可以获得高纯度的产物,但工艺复杂,生产成本较高。

溶液法则通过水热合成、共沉淀等方法,生产工艺简单,但难以获得高纯度的产物。

氧化物法则通过高温反应将Fe3O4和Li2CO3等原料反应生成磷酸铁锂,生产工艺较为简单,但需要高温条件下进行,能耗较大。

导电剂主要是为了增加正极材料电极的电导率,常用的导电剂有碳黑、导电剂、导电聚合物等。

碳黑在电池中广泛应用,因其导电性能较好和价格相对较低。

导电剂需要均匀地分散在正极材料中,以提高电极的导电性能。

粘结剂主要是为了固定正极材料和导电剂,维持电极结构的稳定性。

常用的粘结剂有聚乙烯酮(PVP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)等。

粘结剂的添加量应适中,过多会影响电极的电导率,而过少则使电极结构不稳定。

磷酸铁锂的生产工艺主要包括粉末制备、电极制备和电池组装三个步骤。

粉末制备通常采用固相法或溶液法进行。

固相法制备粉末时,首先需按照一定的摩尔比将正极材料、锂源和磷源混合,然后进行球磨、压制和烧结等工艺,最终得到粒度和压实度较好的粉末。

溶液法制备粉末时,一般采用浸渍、共沉淀等方法,将溶液中的金属离子通过还原反应生成沉淀,再经洗涤、干燥等处理得到粉末。

电极制备主要包括正极浆料的制备和电极片的制备。

正极材料、导电剂和粘结剂按一定比例混合,加入有机溶剂中形成浆料。

浆料经过搅拌、分散、过滤等处理,得到具有一定浓度和粘度的浆料。

然后将浆料涂布在铝箔或铜箔等导电材料上,通过烘干、压制等工艺,最终得到正极电极片。

磷酸铁锂极片压实与辊压的关系_解释说明以及概述

磷酸铁锂极片压实与辊压的关系_解释说明以及概述

磷酸铁锂极片压实与辊压的关系解释说明以及概述1. 引言磷酸铁锂(LiFePO4)作为一种新型的锂离子电池正极材料,由于其具有优异的安全性、稳定性和环保性能而受到广泛关注。

在制备磷酸铁锂极片的过程中,压实和辊压等工艺步骤发挥着重要作用。

本文旨在探讨磷酸铁锂极片压实与辊压之间的关系,并解释说明其原理与机制。

1.1 概述首先,我们将概述磷酸铁锂极片的压实过程以及辊压对其性能的影响。

通过深入了解这些工艺步骤的基本原理,可以更好地理解磷酸铁锂电池性能优化的途径,并且为进一步提高其电化学性能提供指导。

1.2 文章结构接下来,我们将介绍本文的结构安排。

文章包括五个主要部分:引言、磷酸铁锂极片压实与辊压的关系、解释说明磷酸铁锂极片压实与辊压的关系、实验与案例分析以及结论与展望。

每个部分都有其独特的内容和重点。

1.3 目的最后,我们将说明本文的主要目的。

通过深入探讨磷酸铁锂极片压实与辊压之间的关系,我们旨在揭示其影响机制,并为优化磷酸铁锂电池性能提供新思路和方法。

同时,通过实验和案例分析,我们将验证和加强理论推断,并展望未来可能的研究方向。

随着全球对高性能锂离子电池需求的不断增长,了解和优化磷酸铁锂电池性能的方法变得尤为重要。

因此,在本文中详细探讨磷酸铁锂极片压实与辊压的关系是极为必要且具有意义的。

2. 磷酸铁锂极片压实与辊压的关系2.1 磷酸铁锂极片的压实过程磷酸铁锂(LiFePO4)作为一种新兴的正极材料,具有高安全性、良好的电化学性能和长寿命等优点,在锂离子电池中得到广泛应用。

在制备过程中,磷酸铁锂极片需要经过压实过程,将粉末材料紧密堆积形成均匀且致密的极片。

2.2 辊压对磷酸铁锂极片性能的影响辊压是一种常用的压实工艺,通过辊轧机将磷酸铁锂粉末材料进行挤压和变形,从而提高其密度和力学性能。

辊压可以改善磷酸铁锂极片的结构致密度,并提高其电导率、容量和循环寿命等性能指标。

此外,辊压还可以调控磷酸铁锂极片中晶体结构、颗粒大小及分布等微观结构参数。

磷酸铁锂锂电池电极材料

磷酸铁锂锂电池电极材料

磷酸铁锂锂电池电极材料随着电动汽车和可再生能源的快速发展,锂电池作为一种高效、环保的能源储存设备,受到了广泛关注。

而磷酸铁锂作为一种重要的锂电池正极材料,具有较高的能量密度、良好的安全性和循环寿命,成为了锂电池领域的热门研究方向。

磷酸铁锂(LiFePO4)锂电池电极材料是由磷酸铁锂颗粒、导电剂和粘结剂组成的复合材料。

磷酸铁锂颗粒是锂电池电极材料的主要组成部分,其具有良好的立方晶体结构和电化学性能。

导电剂的作用是提高电极的导电性能,常用的导电剂有碳黑、碳纳米管等。

粘结剂的作用是将磷酸铁锂颗粒和导电剂紧密地结合在一起,常用的粘结剂有聚合物、脲醛树脂等。

磷酸铁锂锂电池电极材料具有许多优点。

首先,磷酸铁锂具有较高的理论比容量,约为170mAh/g。

其次,磷酸铁锂具有较高的工作电压,约为3.4V。

这使得磷酸铁锂锂电池具有较高的能量密度。

此外,磷酸铁锂锂电池具有良好的安全性能,不易发生燃烧爆炸等事故。

最重要的是,磷酸铁锂锂电池具有较长的循环寿命,能够进行数千次循环充放电,保持较高的容量。

然而,磷酸铁锂锂电池电极材料也存在一些问题。

首先,磷酸铁锂锂电池的电导率较低,导致其充放电速率较慢。

其次,磷酸铁锂锂电池的比能量相对较低,无法满足某些高能量密度应用的需求。

此外,磷酸铁锂锂电池的价格相对较高,限制了其在大规模应用中的推广。

为了改善磷酸铁锂锂电池电极材料的性能,研究者们进行了许多努力。

一方面,通过改变磷酸铁锂颗粒的形貌和尺寸,可以提高其电导率和循环寿命。

另一方面,可以通过掺杂、合金化等方法来改变磷酸铁锂的结构,提高其比能量和电导率。

此外,也可以将磷酸铁锂与其他材料进行复合,形成复合材料,进一步提高其性能。

例如,将磷酸铁锂与碳纳米管、石墨烯等导电材料组成复合材料,可以提高其电导率和充放电速率。

磷酸铁锂锂电池电极材料作为一种重要的锂电池正极材料,具有较高的能量密度、良好的安全性和循环寿命。

然而,它的电导率较低、比能量相对较低和价格较高等问题仍待解决。

磷酸铁锂库伦效率低不稳定的原因

磷酸铁锂库伦效率低不稳定的原因

磷酸铁锂库伦效率低不稳定的原因磷酸铁锂是一种常见的锂离子电池正极材料,具有很高的比能量、循环寿命以及较低的成本等优点。

然而,磷酸铁锂电池的库伦效率相对较低且不稳定,主要原因包括以下几个方面。

1.磷酸铁锂材料的晶体结构问题。

磷酸铁锂的晶体结构为正交晶系,其锂离子的扩散路径较长,导致锂离子的扩散速率变慢。

这就导致了在放电和充电过程中,锂离子的嵌入和脱嵌速率相对较慢,降低了库伦效率。

2.磷酸铁锂材料的晶体缺陷问题。

晶体结构中的缺陷会影响到磷酸铁锂材料的电导率,从而影响锂离子的扩散速率和库伦效率。

晶体缺陷包括空位缺陷、离位缺陷、氧空位等,这些缺陷会阻碍锂离子的扩散,导致库伦效率降低。

3.磷酸铁锂电极界面问题。

磷酸铁锂电池的正极包括活性物质和导电剂,其中导电剂起到电子传导的作用。

但是,导电剂与磷酸铁锂颗粒之间存在接触电阻,导致电子在反应过程中的传导出现问题,进而降低了库伦效率。

4.磷酸铁锂材料的富锂表面区问题。

磷酸铁锂材料的富锂表面区存在较高的表面能,使得锂离子相对稳定地嵌入到晶体结构中。

然而,在成型和使用过程中,由于材料颗粒的破碎和电极极化等因素,导致了富锂表面区的暴露。

暴露的富锂表面区有较高的自由能,会导致锂离子的极化和消耗,从而降低库伦效率。

5.磷酸铁锂电池中电解液的问题。

电解液中的溶剂和盐的选择和比例对库伦效率有一定影响。

一些溶剂和盐会导致电解液中的氟离子和磷酸根离子的浓度偏高,从而导致锂离子的副反应增加,降低库伦效率。

综上所述,磷酸铁锂库伦效率低不稳定的原因主要是由于材料的晶体结构问题、晶体缺陷问题、电极界面问题、富锂表面区问题以及电解液的问题所致。

为了提高磷酸铁锂电池的库伦效率,可以从材料的改进、结构的优化、电极界面的改善以及电解液的优化等方面入手。

磷酸铁锂嵌锂电位

磷酸铁锂嵌锂电位

磷酸铁锂嵌锂电位磷酸铁锂作为一种重要的锂离子电池正极材料,具有较高的比容量和优良的循环性能,已经广泛应用于电动汽车、移动通信和储能领域。

本文将从磷酸铁锂的基本性质、嵌锂机理以及应用前景等方面进行介绍。

磷酸铁锂(LiFePO4)具有正交晶系结构,属于三维骨架型材料。

其晶格中的Fe和O原子形成了磷酸铁锂的基本结构框架,Li和P 原子则插入在框架中间的空隙位置。

这种结构使得磷酸铁锂具有较高的晶体稳定性和结构均一性,有利于提高其电化学性能。

此外,磷酸铁锂的导电性较差,因此需要通过导电剂来提高其电导率。

磷酸铁锂的嵌锂机理主要包括两个过程:锂离子在充放电过程中的插入和脱出。

在充电过程中,锂离子从正极材料表面进入材料内部的空隙位置,与Fe和O原子形成LiFePO4晶格结构。

而在放电过程中,锂离子从晶格中解离出来,返回到电解液中。

这个过程是可逆的,因此磷酸铁锂具有良好的循环性能。

磷酸铁锂具有较高的比容量,约为170 mAh/g。

这是由于磷酸铁锂晶格中的Fe和O原子可以提供多个锂离子插入的位置。

相比之下,其他材料如钴酸锂和三元材料的比容量要低一些。

此外,磷酸铁锂还具有较高的电压平台,约为3.4 V,这使得电池具有较高的能量密度和较稳定的输出电压。

磷酸铁锂由于其优良的性能,已经成为电动汽车领域的主流电池材料之一。

与传统的镍氢电池相比,磷酸铁锂电池具有更高的比能量和更长的循环寿命,适用于长时间高功率放电。

此外,磷酸铁锂电池还具有较高的安全性能,不易发生过充、过放和热失控等问题,因此更受消费者的青睐。

除了电动汽车领域,磷酸铁锂电池还被广泛应用于移动通信和储能领域。

在移动通信领域,磷酸铁锂电池具有较高的能量密度和较长的使用寿命,可以满足用户对于长时间续航的需求。

在储能领域,磷酸铁锂电池可以作为储能系统的核心部件,用于平衡电网负荷、储备电力等功能。

磷酸铁锂作为一种重要的锂离子电池正极材料,在电动汽车、移动通信和储能领域具有广阔的应用前景。

磷酸铁锂电芯结构

磷酸铁锂电芯结构

磷酸铁锂电芯结构磷酸铁锂电芯是一种新型的锂离子电池,由正极、负极、隔膜和电解液组成。

它采用磷酸铁锂作为正极材料,碳负极材料,聚合物隔膜和有机电解液。

磷酸铁锂电芯具有较高的能量密度、较长的循环寿命和较低的自放电率,因此被广泛应用于电动汽车、储能系统和移动设备等领域。

磷酸铁锂电芯的结构主要包括正极、负极、隔膜和电解液四个部分。

一、正极正极是磷酸铁锂电芯中的重要组成部分,它由磷酸铁锂、导电剂和粘结剂组成。

磷酸铁锂是正极的活性物质,具有良好的电化学性能和较高的工作电压。

导电剂可以提高正极的导电性能,常用的导电剂有碳黑和导电聚合物。

粘结剂则起到固定正极材料的作用,常用的粘结剂有聚合物和丙烯腈。

二、负极负极是磷酸铁锂电芯中的另一个重要组成部分,它由碳材料、导电剂和粘结剂组成。

负极的主要作用是储存和释放锂离子。

碳材料常用的有天然石墨、人造石墨和碳纳米管等。

导电剂的作用是提高负极的导电性能,常用的导电剂有碳黑和导电聚合物。

粘结剂则起到固定负极材料的作用,常用的粘结剂有聚合物和丙烯腈。

三、隔膜隔膜是磷酸铁锂电芯中正极和负极之间的隔离层,它起到隔离电解液和阻止正负极短路的作用。

隔膜通常由聚合物材料制成,具有良好的离子传导性能和较低的电阻。

隔膜的选择对电池的性能和安全性有着重要影响。

四、电解液电解液是磷酸铁锂电芯中的重要组成部分,它由溶剂和盐类组成。

电解液的主要作用是提供锂离子的传输通道,使正负极之间能够产生离子迁移和电荷传递。

常用的溶剂有碳酸酯类、酯类和醚类等,常用的盐类有磷酸铁锂和磷酸锂等。

磷酸铁锂电芯的结构设计合理,能够提供稳定的电能输出和较长的使用寿命。

正极和负极的材料选择和配比对电芯的性能有重要影响,隔膜的材料和厚度对安全性和循环寿命至关重要,电解液的组成和浓度对电芯的性能和安全性也有重要影响。

因此,在磷酸铁锂电芯的研发和生产过程中,需要综合考虑以上各个方面的因素,以提高电芯的性能和安全性。

磷酸铁锂电芯是一种性能优越的锂离子电池,具有较高的能量密度、较长的循环寿命和较低的自放电率。

磷酸铁锂 正极 浆料 配方

磷酸铁锂 正极 浆料 配方

磷酸铁锂正极浆料配方磷酸铁锂(LiFePO4)正极是锂离子电池中常用的材料之一。

其配方需要综合考虑材料比例、添加剂和工艺参数等因素,以实现优良的电化学性能、结构稳定和经济成本。

磷酸铁锂正极的基本成分是磷酸铁锂粉末,其化学式为LiFePO4。

磷酸铁锂具有高的理论比容量(170 mAh/g),优良的循环寿命和安全性能,是一种理想的正极材料。

但是,磷酸铁锂的电导率较低,导致电荷和离子的迁移速度受限,影响了充放电速率和功率密度。

因此,在配方中通常需要添加导电剂和碳包覆等改性方法来改善电导率。

磷酸铁锂配方中的导电剂是必要的添加剂之一,常用的导电剂主要有碳黑、导电性聚合物和导电纳米材料等。

碳黑是最常见的导电剂,可以显著提高正极的电导率和电极反应速度。

另外,导电性聚合物如聚苯胺、聚乙二醇和聚噻吩等,以及导电纳米材料如碳纳米管和导电纳米颗粒等,也被广泛应用于磷酸铁锂正极的改性中。

除了导电剂,磷酸铁锂配方中还要考虑其他添加剂的使用。

其中,粘结剂是将正极材料粉末粘结在电流收集器上的关键物质,常用的粘结剂有聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯、聚丙烯酸酯等。

另外,界面添加剂也是重要的一部分,可以改善正极材料与电解液之间的界面电化学性能,提高循环寿命和容量保持率。

常用的界面添加剂有聚丙烯腈(PAN)和碳酸酯类化合物等。

在工艺参数方面,磷酸铁锂正极的配方需要考虑到粉末颗粒大小、混合时间、温度和压实力度等因素。

粉末颗粒大小会直接影响正极材料的充放电速率和循环性能,一般需要通过优化研磨和筛选工艺来控制。

混合时间可以影响正极浆料的均匀性和粘结剂的分散性,通常需要通过反复搅拌和超声波处理等手段来达到最佳效果。

温度和压实力度则会影响正极材料的致密性和结构稳定性,需要通过调节工艺参数来控制综合性能。

总之,磷酸铁锂正极的配方是一个综合考虑材料比例、添加剂和工艺参数等因素的过程。

通过合理选择导电剂、添加剂和优化工艺,可以实现磷酸铁锂正极材料的高性能、结构稳定和经济成本。

磷酸铁锂材料介绍

磷酸铁锂材料介绍

磷酸铁锂材料介绍磷酸铁锂(LFP)是一种新型的正极材料,由氟磷酸铁锂盐和导电剂混合制备而成。

由于其优异的循环寿命、高能量密度和良好的安全性,磷酸铁锂广泛应用于锂离子电池、电动车辆和储能系统中。

下面将详细介绍磷酸铁锂材料的特性和应用。

首先,磷酸铁锂具有很高的循环寿命。

它具有很低的自放电率和很好的循环稳定性,可在高温条件下保持较高的容量保持率。

与传统的锂离子电池相比,磷酸铁锂电池的寿命更长,可进行更多的充放电周期,延长了电池的使用寿命。

其次,磷酸铁锂具有较高的能量密度。

由于其较高的电压和较高的比能量,在相同体积和质量情况下,磷酸铁锂电池能够存储更多的能量。

这使得磷酸铁锂电池成为电动车辆和储能系统中的首选电池类型,能够提供更长的续航里程和更高的储能效率。

此外,磷酸铁锂具有良好的安全性。

由于其化学稳定性较高,不会发生剧烈的化学反应。

与其他正极材料相比,磷酸铁锂电池在过充和过放时的热失控风险较低,更不容易发生爆炸或火灾。

这使得磷酸铁锂电池更加安全可靠,被用于电动汽车等对安全性要求较高的场合。

磷酸铁锂的特性使其在多个领域得到广泛应用。

首先是锂离子电池领域。

磷酸铁锂电池的高能量密度和长寿命使其成为电动车辆和便携式电子设备的理想选择。

与其他正极材料相比,磷酸铁锂电池使用寿命更长,充电和放电速率更高,可满足日常使用的需求。

其次是储能系统领域。

随着可再生能源的发展,储能系统需求不断增加。

磷酸铁锂电池作为一种高性能和高安全性的储能设备,被广泛应用于可再生能源储存、电网调峰和备用电力供应等领域。

此外,磷酸铁锂还可以在电动工具、无人机、通信设备和家电等领域中得到应用。

其高能量密度和长寿命使其成为这些设备的理想能源储备。

综上所述,磷酸铁锂是一种具有优异性能和广泛应用的正极材料。

其高循环寿命、高能量密度和良好的安全性使其成为锂离子电池、电动车辆和储能系统的理想选择。

随着可再生能源和电动交通的快速发展,磷酸铁锂的需求将进一步增加,并在未来的能源领域发挥重要作用。

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导电剂在磷酸铁锂电池中的应用
作为最有希望的电动车用锂离子动力电池,磷酸铁锂动力电池具有安全性极佳,循环寿命很长,能量密度高等优点。

但是如何提高它的倍率性能,改善其高低温特性,使之满足混合电动车和纯电动汽车的使用要求,是磷酸铁锂电池制造商面临的重要问题。

改进磷酸铁锂动力电池的倍率性能和高低温性能,首要的办法是正负极材料的纳米化、掺杂和碳包覆,其次是合理的选择和使用导电剂,三是选择低温电解液,当然还有合理的结构设计,合理选择隔膜等,本文主要介绍导电剂在磷酸铁锂电池中的应用,介绍如何合理选择导电剂,如何合理使用导电剂,从而提高磷酸铁锂电池的倍率性能和高低温性能,延长磷酸铁锂电池的使用寿命。

一、磷酸铁锂电池的工作原理
磷酸铁锂电池的工作原理如下图-1和下图-2所示:
图-1:磷酸铁锂电池的工作原理图
图-2:磷酸铁锂充放电时的晶格结构示意图
1、电池充电时,Li+从磷酸铁锂晶体的010面迁移到晶体表面,在电场力的作用下,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到石墨晶体的表面,然后嵌入石墨晶格中。

与此同时,电子经导电体流向正极的铝箔集电极,经极耳、电池极柱、外电路、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔集流体,再经导电体流到石墨负极,使负极的电荷达至平衡。

锂离子从磷酸铁锂脱嵌后,磷酸铁锂转化成磷酸铁,其晶格结构变化如上图-2。

2、电池放电时,Li+从石墨晶体中脱嵌出来,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面,然后重新经010面嵌入到磷酸铁锂的晶格内。

与此同时,电池经导电体流向负极的铜箔集电极,经极耳、电池负极柱、外电路、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔集流体,再经导电体流到磷酸铁锂正极,使正极的电荷达至平衡。

从磷酸铁锂电池的工作原理可知,磷酸铁锂电池的充放电过程需要锂离子和电子的共同参与,而且锂离子的迁移速度与电子的迁移速度要达至平衡。

这就要求锂离子电池的正负电极必须是离子和电子的混合导体,而且其离子导电能力和电子导电能力必须一致。

但是众所周知,磷酸铁锂的导电性能很差。

而石墨负极的导电性虽然要好一些,但是要实现大倍率放电时,仍然需要改善负极的导电性,使其的电子导电能力与锂离子从石墨中脱嵌的能力达至平衡。

为了解决磷酸铁锂电池正负极的导电问题,1、必须在电池的正负极中加入导电剂,使之在电池的活性材料中形成如图-3模型和图-4的电镜照片所示的有效的导电网络。

2、如果将电池的离子传导能力设为I,电子传导能力设为E,则理论上I=E;3、为了保证电池在充电和放电过程中,电荷保持动态平衡:I正极=I电解液=I隔膜=I电解液=I负极,E正极=E正极集流体=E极耳=E正极柱=E外电路=E负极柱=E负极耳=E负极集流体=E负极。

(这三个等式实际上是锂离子动力电池设计的重要原则,但是,在实际设计过程中和实际生产过程中,如何实现上述三个等式,还需要设计一系列的实验来进行验证,建立数学模型或者建立经验公式,然后通过这些模型或者公式来进行锂离子电池的设计)
图-3:导电网络示意图
图-4:磷酸铁锂和SP分散后的电镜照片
二、常用的锂离子电池导电剂及其特性
1、常用的锂离子电池导电剂有炭黑、导电石墨、碳纳米管和纳米碳纤维(VGCF)。

2、常用锂离子电池导电剂的特性:
A、导电碳黑的特点是粒径小,比表面积特别大,导电性特别好,在电池中它可以起到吸液保液的作用,缺点是价格高,难以分散。

B、导电石墨的特点是粒径接近正负极活性物质的粒径,比表面积适中,导电性良好,它在电池中充当导电网络的节点,在负极中,它不仅可以提高电极的导电性,而且可以提高负极的容量。

C、SP-Li的特点是粒径小,和导电碳黑差不多,但是比表面积适中,特别是它在电池中以支链形式存在,对行成导电网络十分有利,缺点是难以分散。

D、碳纳米管是近年新兴的导电剂,它一般直径在5纳米左右,长度达到10-20微米,它不仅能够在导电网络中充当“导线”的作用,同时它还具有双电层效应,发挥超级电容器的高倍率特性,其良好的导热性能还有利于电池充放电时的散热,减少电池的极化,提高电池的高低温性能,延长电池的寿命。

三、现代电动汽车对磷酸铁锂电池的要求
磷酸铁锂作为最有希望的汽车动力电池,在实际应用中,必须满足电动汽车对它的性能要求(见图-5)。

四、如何选用导电剂
如何选用导电剂?这是我们在进行电池设计时要解决的一个重要问题,但是在解决这个问题之前,我们必须要明确用户对磷酸铁锂电池性能的具体要求,以电动汽车对磷酸铁锂电池的性能要求及经济要求为例,我们必须准确把握用户对以上八个方面的具体要求,并且用数据加以描述。

根据用户的具体要求,我们才能设计出满足用户要求的磷酸铁锂电池,在设计的过程中,如何选用导电剂来改善电池的性能就是每一个设计人员必须解决的问题之一。

1、根据正负极活性物质的粒径和形貌来选择导电剂。

为了在电极中形成有效地导电网络,必须如同上述导电网络示意图一样,要有导电节点,这些导电节点由导电石墨来充当,粒径最好和活性物质的粒径接近。

要有导电支点,他们要像八爪鱼的触须一样和将活性物质颗粒吸在一起,因此,它们要有很细的粒径,要有链状的形貌,这些支点由SP-Li来充当最合适。

要有支点与节点之间的连接导线,它们要有良好的导电性,要有线状的形貌,VGCF和碳纳米管正好符合这些要求。

因此,为了在正负电极中形成有效地导电网络,必须加入具有不同粒径不同形貌特征的导电剂。

2、根据电池的倍率性能要求来选择导电剂。

根据磷酸铁锂电池的用途,用户会提出不同的倍率要求,比如要求电池能够10C连续放电,20C脉冲放电等。

这时我们要根据正负极活性物质粉料的电导率(这个数据以前大家都不重视,其实可以用四探针法进行测量,A123公司在其专利
及发表的论文中首先提到到这一参数),用户对电池的比容量要求来选择导电剂。

如果正负极活性物质的电导率低,为了实现高倍率,就必须选择高导电性的导电剂。

在同时使用几种导电剂的情况下,就必须提高高导电性导电剂的比例。

3、根据电池的倍率性能及高低温性能的要求选择导电剂。

在常用的导电剂中,碳纳米管不仅具有良好的导电性,还具有良好的导热性,同时还具有电双层效应。

(它在锂离子电池中的作用在其他文献中有十分详尽的说明)特别是导热性,对于高功率型磷酸铁锂,当它在大倍率电流工作时,电池因内阻及极化的原因会放出大量的热,这些热量需要及时散发,否则会导致电池的安全事故。

因此,对经常处于大倍率工作状态和高温工作状态的磷酸铁锂电池,提高碳纳米管导电剂的比例十分必要。

4、根据电池的总成本要求来选择导电剂。

在上述常用的导电剂中,SP最便宜,其次是导电石墨,再其次是超导电炭黑350G,最贵的是碳纳米管和VGCF,高达4000-5000元人民币一公斤。

因此,在满足用户要求的前提下,为了尽可能降低电池的生产成本,要尽可能选用低价格的导电剂。

5、根据离子传导能力要求选择导电剂。

为了改善电极的离子传导能力,电极必须具有良好的吸液能力和合适的孔隙率。

这就要求我们选用比表面大,孔隙率高的导电剂。

从上述常用导电剂技术规格表可知,SP-Li和碳纳米管均具有这些特征。

6、合理确定导电剂的加入量。

导电剂在改善电池的功率性能方面虽然具有重要作用,但是并非加入越多,电池的倍率性能就越好。

瑞士特密高公司曾就导电剂的加入量做过专门实验,实验表明:当电极中导电剂的加入量达到8%时,再加入导电剂,对电池的倍率性能改进没有明显效果。

五、如何用好导电剂
1、在磷酸铁锂电池中,为了改善电池的倍率性能,导电剂最好混合使用;
2、为了达到最佳的效果,要控制好各种导电剂的比例,以形成有效地导电网络;
3、要使各种导电剂形成有效地导电网络,必须使导电剂在磷酸铁锂电池浆料中分散良好。

特别是SP-Li和碳纳米管、VGCF,都是纳米级的材料,在范德华力的作用下,极易团聚,很难分散。

要使各种导电剂分散良好,除了采用机械的方法外,还要注意分散的程序,并采用其他方法进行辅助。

4、要验证导电剂在磷酸铁锂电池浆料中是否分散良好,一是看浆料是否会沉降分层,二是将浆料进行电镜分析,直接观测导电剂在浆料中的分散状况,观测导电网络的形成情况,三是检验浆料粘度的稳定性,分散良好的浆料,其粘度会保持稳定。

作者:深圳市博德能科技有限公司金旭东上海汇普陈湘宁。

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