【原创】碳纳米管导电剂可提高锂电池的多种性能


来源:中国粉体网   橙子

[导读]  CNT作为锂离子电池的导电剂,可用于钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、锰氧化物等金属氧化物正极材料及石墨负极材料中。

中国粉体网讯  锂离子电池正极活性材料多采用Co、 Ni和Mn等过渡金属氧化物及过渡金属磷酸盐,导电性较差,因此,需要添加导电剂来减小电子传输的阻力,提高充放电性能。常见的导电剂有乙炔黑、导电炭黑、导电石墨、金属纤维和碳纳米管(CNT)等。 


CNT是由单层或多层石墨卷曲而成的一维管状纳米材料,基本单元为六边形碳环结构,具有优异的电学性能、热学性能和储锂性能,作为导电材料受到广泛的关注和应用。


碳纳米管做导电剂的优势


锂离子电池活性材料为颗粒状,导电剂必须填充活性物质的间隙,使导电剂与活性物质充分接触,才能提高导电性能。炭黑、乙炔黑、SuperP-Li及导电石墨均为小粒径颗粒状物质,添加量要达到一定值,才能发挥导电作用;但导电剂添加量的增加,会降低极片中活性物质的含量,从而降低电池的容量密度和能量密度。CNT为一维管状结构,碳环可形成共轭效应,少量的添加就可形成充分连接活性物质的导电网络,有利于提高电池的容量和循环稳定性。碳纳米管具有双电层效应,有利于提高电池的大倍率充放电性能。CNT良好的导热性有助于电池的散热,减轻内部极化,因此可提高电池的高低温性能和安全性,延长寿命。CNT长径比较高,达到相同的渗流阈值所需的添加量小于其他导电剂。此外,碳纳米管的储锂容量,远大于天然石墨、人造石墨和无定形碳等传统碳材料,因此,使用碳纳米管作为锂电池导电剂,可以大幅度提升锂电池容量、电池循环寿命。


CNT作导电剂的问题


CNT作锂电池导电剂,存在以下两个问题:


①合成过程中残留有金属催化剂, 在电池高电位的充放电过程中,金属杂质容易氧化并在负极表面析出,导致电池内部微短路,自放电严重,甚至引起安全事故;


②CNT之间强烈的范德华力,导致在活 性物质中的均匀分散困难, 阻碍了导电性能的发挥。


CNT作导电剂的应用范围


CNT作为锂离子电池的导电剂,可用于钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、锰氧化物等金属氧化物正极材料及石墨负极材料中,较其他导电剂,提高电池容量、循环稳定性和延长循环寿命的效果更好。这主要得益于CNT独特的一维管状结构及较好的导电性、导热性。如何降低CNT中金属杂质对锂离子电池的影响,以及提高分散性,是在锂离子电池应用中的研究重点。

 


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