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    寶鄂文庫

    電池的內阻大小決定了電池性能?又有哪些因素影響了內阻大???

    來源:寶鄂實業    2019-04-25 10:13    點擊量:
    導電劑是鋰離子電池關鍵非主材之一,雖然用量少,但其電池性能卻同樣有著至關重要的影響。導電劑最基本的功能就是導電,在活性物質之間、活性物質與集流體之間起到收集微電流的作用,以減小電極的接觸電阻加速電子的移動速率,同時也能有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率,從而提高電極的充放電效率。此外,導電劑也可以提高極片加工性,促進電解液對極片的浸潤,同時也能有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率,降低極化,從而提高電極的充放電效率和鋰電池的使用壽命。

    目前常用的導電劑主要有導電炭黑Super-P、科琴黑、氣相生長碳纖維VGCF,導電石墨KS-6、碳納米管CNTs、石墨烯等,且導電劑的使用主要還是以經驗性為主,鮮有系統性的研究。日本京都大學(KyotoUniversity)的MitsuhiroTakeno(第一作者)等對比研究了乙炔黑(acetyleneblack,AB)、精細石墨和氣相生長碳纖維(vaporgrowncarbonfiber,VGCF)對LiCoO2漿料導電性的影響,發現含AB或VGCF的漿料導電性最好,含AB漿料流變行為類似固體,而含精細石墨或VGCF的漿料流變行為則類似液體,該研究為選擇合適的導電劑和漿料行為提供理論支撐。

    如圖3所示,隨著漿料中導電劑濃度的增加,漿料體積電阻均呈下降趨勢。AB和VGCF漿料的體積電阻幾乎相同,精細石墨漿料的體積電阻最高,這點與圖2中三種純導電劑的導電順序存在差異。AB和VGCF導電性更好是因為二者能在漿料中很好分散、形成的導電回路較好;而精細石墨由于顆粒較大,在漿料中更多是點接觸,所以漿料導電性相對較差。

    作者不僅研究了不同導電劑漿料的導電性,還對漿料的流變行為進行了研究。如圖4所示,含AB漿料和含VGCF漿料的粘度隨著導電劑含量提高而增大,且隨著剪切速率增加粘度呈下降趨勢,表明此兩種漿料均為非牛頓流體。而含精細石墨漿料在導電劑濃度為1%和2%時粘度幾乎沒變化,即使導電劑濃度增加到3%粘度也僅是略有提升,漿料的粘度不受剪切速率影響,表明含精細石墨漿料為牛頓體。在圖5中,不同角頻率下含AB漿料的動態儲能模量G’均大于損耗模量G”,表明漿料呈現類似固體的性質。此外,當AB含量為2%和3%時,動態儲能模量G’在低角頻率區幾乎呈水平狀,表明漿料中AB的網絡結構在不斷增長。對于含精細石墨漿料,損耗模量G”均大于動態儲能模量G’且沒有水平區出現,表明精細石墨漿料呈現類似液體的性質。而含VGCF漿料雖是非牛頓體,但有表現出類似液體的性質,與含AB漿料有所不同。

    如圖6所示,涂布后含AB漿料的體積電阻非常均一,且隨著AB含量提高漿料的體積電阻不斷降低。含精細石墨和含VGCF漿料的體積電阻則非常分散,尤其是含精細石墨漿料,并且隨著導電劑濃度提高體積電阻分散度有所降低。結合圖4和圖5三種不同導電劑漿料流變行為特點不難看出,含AB漿料由于呈現類似固體行為,因此涂布后體積電阻非常均一;而含精細石墨漿料和含VGCF漿料由于呈現類似液體行為,使得涂布后體積電阻非常分散。這一點很有意義,指引人們要想漿料涂布后電阻低,漿料應表現出類似固體的行為。值得注意的是,工業界雖然經驗性知道此要點,但具體的量化表征卻并不清楚。

    在電池生產中,漿料涂布后往往有壓實的工序,有壓實對涂布層體積電阻的影響如圖7所示。對于含AB的漿料,壓實后體積電阻有所提高,這主要是壓實外力破壞了AB網絡結構所致。對于含精細石墨漿料,壓實后體積電阻有所降低。而對于含VGCF漿料,由于壓實不能提高電極密度,因此VGCF一般很少作為導電劑使用,而是多與AB聯用。