鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1335次 | 2022年07月06日
石墨烯又來(lái)了，新型導(dǎo)電劑在高能量密度鋰電池中的應(yīng)用
由我國(guó)化學(xué)和物理電源協(xié)會(huì)舉辦的「2018年高能量密度鋰電池用新型導(dǎo)電添加劑高峰論壇」2018年四月12-十三日在天津舉辦，本人有幸在現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)了各位學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界專(zhuān)家同行的精彩報(bào)告，在這里和大家分享一二，如有出入還請(qǐng)批評(píng)指正。
新型導(dǎo)電劑開(kāi)發(fā)背景（江蘇力信）
常用的導(dǎo)電劑材料比較（廈門(mén)寶瑞鋰電）
第一個(gè)報(bào)告是來(lái)自天大楊全紅教授
重要講了石墨烯導(dǎo)電劑的緣起現(xiàn)狀和展望，這是一個(gè)充滿(mǎn)詩(shī)意的報(bào)告，假如不是為了祖國(guó)的科學(xué)建設(shè)楊教授絕對(duì)會(huì)成為一代詩(shī)豪!
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1，石墨烯的離子位阻效應(yīng)概念
石墨烯片層對(duì)鋰離子的傳輸有著阻礙用途特別是在大容量電池中，倍率性能很差
2，厚度和主材的依存性
電極厚度決定了離子傳輸路徑的長(zhǎng)短，大倍率下要良好的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性，另外有關(guān)主材料來(lái)講，微米尺度的NMC和LCO材料位阻不明顯。
3，對(duì)應(yīng)的解決方法
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
使用多孔石墨烯和多組分符合導(dǎo)電劑體系
第二個(gè)報(bào)告來(lái)自天津力神王琳經(jīng)理，分享了炭黑，石墨烯，以及新型單壁碳管在硅負(fù)極的應(yīng)用現(xiàn)狀和問(wèn)題。
1，傳統(tǒng)導(dǎo)電劑炭黑方面
不同BET，OAN，表面官能團(tuán)，結(jié)晶度，結(jié)構(gòu)的炭黑得出的電池循環(huán)差異明顯的原因是導(dǎo)電劑的分散問(wèn)題-團(tuán)聚(如圖)材料表面官能團(tuán)的多少?zèng)Q定了炭黑的分散難易程度，越多則相對(duì)好分散反之則難以分散。
但是官能團(tuán)太多的情況下又會(huì)影響到材料的導(dǎo)電性，也會(huì)同樣帶來(lái)電池性能的弱化。
對(duì)此問(wèn)題的解決的解決辦法就是采用復(fù)合導(dǎo)電劑的方法，配合高導(dǎo)電性的CNT和漿料中的分散劑達(dá)到導(dǎo)電性和分散性兼顧的優(yōu)異性能。
2.石墨烯導(dǎo)電劑方面
之所以選擇石墨烯一個(gè)最根本原因是由于石墨烯有著最小的體積電阻率，作為導(dǎo)電劑使用能夠大幅降低極片體電阻率。
另外一個(gè)原因是石墨烯可以作為潤(rùn)滑劑來(lái)提高極片的壓實(shí)密度:下圖比較了添加石墨烯前后極片的SEM照片。
但是石墨烯的應(yīng)用并不是完美的有很多問(wèn)題要解決，例如漿料的穩(wěn)定性-沉降問(wèn)題和石墨烯片層回疊問(wèn)題，石墨烯的離子位阻效應(yīng)-大倍率下阻礙鋰離子傳輸，純度問(wèn)題-影響電池儲(chǔ)存產(chǎn)氣，膨脹。
實(shí)際上解決問(wèn)題的辦法還是復(fù)合，石墨烯漿料復(fù)合炭黑或碳納米管以此來(lái)新增穩(wěn)定性構(gòu)建導(dǎo)電協(xié)同網(wǎng)絡(luò)，對(duì)石墨烯進(jìn)行提純除雜操作電性能的提升如下圖數(shù)據(jù)所示。
有關(guān)石墨烯未來(lái)的發(fā)展方向，一個(gè)是做小片徑石墨烯，另外一個(gè)就是做造孔石墨烯。
3.新型導(dǎo)電劑的應(yīng)用
由于在硅碳負(fù)極體系的高膨脹，低效率和導(dǎo)電性差的客觀原因，有關(guān)導(dǎo)電劑開(kāi)發(fā)方面提出了更高的要求，新型導(dǎo)電劑重要以長(zhǎng)徑比超級(jí)高的單壁碳納米管SWCNT效果最為顯著，重要表現(xiàn)在對(duì)循環(huán)的明顯提升和對(duì)膨脹的抑制用途。
在新型鋰硫電池的應(yīng)用方面提出了S/CNT復(fù)合電極材料，表現(xiàn)出了良好的性能。
最后是個(gè)人認(rèn)為很有應(yīng)用前景的是導(dǎo)電劑在安全性能解決方法中的應(yīng)用-PCT功能導(dǎo)電劑，以碳材料為內(nèi)核包覆PCT材料。有關(guān)解決高能量密度電池的熱失控問(wèn)題有非常大的幫助。但是其他專(zhuān)家朋友評(píng)論說(shuō)PTC目前只是一個(gè)概念而已，在目前體系中幾乎沒(méi)有應(yīng)用前景，要多方位著手解決電池?zé)崾Э貑?wèn)題。
第三個(gè)要報(bào)告來(lái)自O(shè)CSiAl公司的SWCNT在鋰電中的應(yīng)用
這個(gè)被稱(chēng)為最終導(dǎo)電劑的材料來(lái)勢(shì)洶洶，目前只有這家俄羅斯公司能夠大規(guī)模量產(chǎn)的單壁碳納米管目前得到了電池客戶(hù)的廣泛認(rèn)可。
尤其是在高能量密度體系上的應(yīng)用，在正極的添加量低至0.06%，大約是普通多壁碳納米管添加量的1/20
這款單壁碳納米管導(dǎo)電劑由于其超級(jí)高的長(zhǎng)徑比，作為新型導(dǎo)電劑在硅碳負(fù)極中的應(yīng)用目前已經(jīng)得到驗(yàn)證，可以顯著提升電池的循環(huán)壽命（如圖3#比克18650-3500mAh）
數(shù)據(jù)來(lái)自比克林建博士
目前OCSiAl在我國(guó)的授權(quán)合作伙伴沈陽(yáng)伊斯特化學(xué)已經(jīng)啟動(dòng)本地化導(dǎo)電漿料生產(chǎn)廠，按照計(jì)劃2018年SWCNT分散液產(chǎn)量將達(dá)到5000噸。
接下來(lái)想分享下江蘇力信高遠(yuǎn)鵬經(jīng)理的報(bào)告
展示了力信技術(shù)路線圖，當(dāng)下能量密度的提升迫切要包括導(dǎo)電劑在內(nèi)的材料體系的進(jìn)一步改善。
1，電極電阻最優(yōu)化
同樣的觀點(diǎn)是利用不同種類(lèi)導(dǎo)電劑的協(xié)同用途，構(gòu)建點(diǎn)線面三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高離子，電子傳輸速率。下圖是比較數(shù)據(jù)。
2，能量密度最優(yōu)化三個(gè)方向
優(yōu)化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低滲透闕值
開(kāi)發(fā)新型導(dǎo)電粘結(jié)劑進(jìn)一步減少非活性物質(zhì)占比
新型導(dǎo)電劑更高的壓實(shí)密度和更小的極片反彈
3，漿料和極片生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化
