导电剂对锂离子电池正极性能的影响

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1、导电剂对锂离子电池正极性能的影响 通过测定导电剂的吸水能力,研究了导电剂的振实密度与吸液能力的关系,结果表明:导电剂的振实密度越大,其 吸液能力越小;反之亦然.利用充放电性能曲线、循环伏安法和电化学阻抗法研究了 GD、SP、KS、SO 四 种导电剂单一和两两混合使用作为锂离子电池正极 LiCoO2 导电剂时的电极性能.结果表明:SO 和 GD 的混 合物为导电剂时 LiCoO2 电极的性能最好,首次放电容量为 141.4mAhg-1.锂离子蓄电池负极导电剂的研究 用扫描电子显微镜(SEM)考察了 3 种导电剂粉体材料的形貌,通过测定 3 种导电剂材料的吸水能力,研究了 导电剂的振实密度与吸液能

2、力的关系.结果表明,导电剂的振实密度越大,其吸液能力越小;反之则其吸液能 力越大.利用恒流充放电、循环伏安技术考察了 3 种导电剂的贮锂性能,实验表明石墨类导电剂(KS、SO)具 有一定的贮锂性能,但其首次库仑转换效率低;而炭黑类导电剂(SP)仅起导电作用.利用六西格玛(简称 6)混 合设计考察了导电剂之间的交互作用,及 3 种导电剂配比对石墨电极放电比容量的影响,当质量比 m(包覆石 墨):m导电剂(KS+SP):m(PVDF)=92:3:5 且 m(KS):m(SP)=1.66:1 时,电极放电比容量可以稳定地达到 315 mAhg-1 以上.Uniqema 锂离子电池分散剂 Hyperm

3、er KD-1参考配方：原正极浆料 添加后的正极浆料LiCoO2 1877.3g LiCoO2 1877.3gSuper P 42.65g Super P 42.65gKS-6 85.3g KS-6 85.3gPVDF 128g PVDF 128g NMP 1500g KD-1 8.53gNMP 1500gS/L(固体/液体)=1:0.7 S/L(固体/液体)=1:0.7 Slurry viscosity(浆料粘度)=773.3cps Slurry viscosity(浆料粘度)=466.7cps Slurry particle size(浆料粒度)=13m Slurry particle s

4、ize(浆料粒度)=12m 电极 辊压前平均厚度 (m) 辊压后平均厚度 (m) 辊筒速比(%) 内阻(m) 粘接力(KgW)原正极 100 80 25 0.152 0.782添加 KD-1 后的正极 93 74 25 0.232 0.341内阻和粘接力的结果是由于此配方中 Hypermer KD-1 的添加量（为导电碳黑SUPER P 的 20%）过高所致，相关资料表明 Hypermer KD-1 最佳添加量为 5-15%，此时对电极的内阻和粘接力的影响很小。KD-1 的使用：该产品为一种高聚合的非离子表面活性剂，以上配方仅为试验所用，具体使用时请根据贵司自己的配方来做。配制浆料的阶段使用；

5、先溶解在溶剂中，再加入固体。会残留在浆料中，无需处理。Hypermer KD-1 的作用：1) 降低浆料的粘度，保持浆料的稳定性和一致性2) 减小极片厚度3) 改善固体的分散性和使粒子更加的分散4) 使用量在导电碳黑的 5-15%之间，对电池的性能无不利影响。如欲索取样品或详细产品资料，请联络 NCM 电池材料负责人：陈书平小姐电话：0512-52845866-1109 传真：0512-52846886邮件：或与 NCM 当地办事处联系。材料对锂离子电池热稳定性的影响材料对锂离子电池热稳定性的影响胡传跃 李新海 王志兴 罗文斌 摘摘 要：要：采用差示扫描量热法研究锂离子电池材料包括导电剂、粘结

6、剂、电解液、 Li0.5CoO2 与 LiC6 对锂离子电池热稳定性的影响,并对由这些材料制备的 063048 型方形锂 离子电池进行安全性测试.研究结果表明:锂离子电池的热稳定性受正极、负极及电解液 3 种 因素的影响,电池热反应释放的热量由大到小顺序为:负极、正极、电解液.负极反应热主要 来源于 LiC6 与粘结剂及电解液之间的反应,且与粘结剂的性质、用量及电解液用量有关;正 极反应热主要来源于 Li0.5CoO2 的分解反应及其分解产生的氧气与有机溶剂之间的燃烧反应.聚 偏二氟乙烯粘结剂比丙烯酸系水基粘结剂的热稳定性高,导电碳黑导电剂的热稳定性比乙炔 碳黑导电剂的热稳定性高.过充实验结果

7、表明,聚偏二氟乙烯粘结剂及导电碳黑能显著提高 LiCoO2/石墨型锂离子电池的热稳定性. 关键词：关键词：锂离子电池;热稳定性;安全性;材料聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池电极膜电极膜制备技术制备技术聚合物锂离子电池不仅具有液态锂离子电池的所有技术优点，而且具有更高的比能量和 更好的安全性。更适合应于用。 在电极膜的制备方面，需要对活性材料、骨架基质材料、增塑剂、导电剂等正、负极各 组分的配比进行优化。采用合适分子量的 PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)为骨架基质材料， DBP(邻笨二甲酸二丁酯)为增塑剂、炭黑为导电剂，能够较好地满足聚合物锂离子电池电极 膜及电解质膜的技术要求。 正极活

8、性物质为 LiCoO2(钴酸锂)，负极活性物质为 MCMB(中间相碳微球)。实验证明， 正极的适宜组成质量比例为：活性物质 70%78%，骨架基质材料 8%15%，增塑剂 7%18%， 导电剂 5%7%；负极的适宜组成比例为：炭材料 70%82%，骨架基质材料 8%15%；增塑 剂 7%18%，由于炭材料本身导电性良好，只需加入 3%5%的添加剂即可。电极膜的制备 首先需进行电极浆料的制备，即将正极活性材料 LiCoO2或负极材料 MCMB 与导电炭黑均匀 混合，PVDF-HFP 溶于丙酮中形成一定浓度溶液，再将增塑剂 DBP 加入搅匀，将活性物质 与溶剂混合在一起，搅拌并加热使丙酮挥发，达到

9、一定粘度的浆料后，用涂膜工具将其涂于 承载板上，干燥后形成电极膜。 采用复合膜的方式制备聚合物电解质膜，即以聚丙烯(PP)膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯 (PP/PE/PP)膜为基体，在含 DBP 增塑剂的聚合物电解质溶液中浸涂，在其表面形成一层改性 膜，这样所制得的复合膜兼具了强度高，吸液性和保液性好，离子电导率可达 10-4 s/cm。目前所制备的复合膜已可进行几十个周期的充放电循环。 电芯成型技术是聚合物锂离子电池研究的关键技术之一，为了实现各单元之间的有效复 合，采用热压复合技术。加热温度控制在电解质膜的熔点附近，正负极的合成温度控制在135150 ；由于复合膜中有聚丙烯微孔膜(PP 膜)

10、，考虑到隔膜的 shutdown 特性(指隔膜在大电流或外部短路时微孔闭塞，切断电流回路的功能)，温度不高于 130 为宜。如果复合 膜用碳酸丙烯酯/乙醇溶液处理，正负极与复合隔膜合成温度可降 100110 。聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池电极膜电极膜制备技术制备技术聚合物锂离子电池不仅具有液态锂离子电池的所有技术优点，而且具有更高的比能量和 更好的安全性。更适合应于用。 在电极膜的制备方面，需要对活性材料、骨架基质材料、增塑剂、导电剂等正、负极各 组分的配比进行优化。采用合适分子量的 PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)为骨架基质材料， DBP(邻笨二甲酸二丁酯)为增塑剂、炭黑为导电剂

11、，能够较好地满足聚合物锂离子电池电极 膜及电解质膜的技术要求。 正极活性物质为 LiCoO2(钴酸锂)，负极活性物质为 MCMB(中间相碳微球)。实验证明， 正极的适宜组成质量比例为：活性物质 91%95%，骨架基质材料 4%6%，增塑剂 7%18%，导电剂 2%5%；负极的适宜组成比例为：炭材料 92%96%，骨架基质材料 4%6%；增塑剂 7%18%，由于炭材料本身导电性良好，只需加入 3%5%的添加剂即可。 电极膜的制备首先需进行电极浆料的制备，即将正极活性材料 LiCoO2或负极材料 MCMB 与导电炭黑均匀混合，PVDF-HFP 溶于丙酮中形成一定浓度溶液，再将增塑剂 DBP 加入搅

12、匀，将活性物质与溶剂混合在一起，搅拌并加热使丙酮挥发，达到一定粘度的浆料后， 用涂膜工具将其涂于承载板上，干燥后形成电极膜。 采用复合膜的方式制备聚合物电解质膜，即以聚丙烯(PP)膜或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯 (PP/PE/PP)膜为基体，在含 DBP 增塑剂的聚合物电解质溶液中浸涂，在其表面形成一层改性 膜，这样所制得的复合膜兼具了强度高，吸液性和保液性好，离子电导率可达 10-4 s/cm。目 前所制备的复合膜已可进行几十个周期的充放电循环。 电芯成型技术是聚合物锂离子电池研究的关键技术之一，为了实现各单元之间的有效复 合，采用热压复合技术。加热温度控制在电解质膜的熔点附近，正负极的合成温度

13、控制在135150 ；由于复合膜中有聚丙烯微孔膜(PP 膜)，考虑到隔膜的 shutdown 特性(指隔膜在大电流或外部短路时微孔闭塞，切断电流回路的功能)，温度不高于 130 为宜。 如果复合膜用碳酸丙烯酯/乙醇溶液处理，正负极与复合隔膜合成温度可降 100110 。纳米结构材料在锂离子电池中的应用进展纳米结构材料在锂离子电池中的应用进展一、电极一、电极锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。优点：（i）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（ii）可发生在块体材料中不可能出现的反应；（iii）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（iv）短的电子输运路径（允许在低电导或

14、高功率下使用）；（v）短的锂离子传输路径（允许在低锂离子传导介质或高功率下使用）。缺点：（i）高比表面积带来的不可预期的电极/电解液反应增加，导致自放电现象，差的循环性能及寿命；（ii）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，除非开发出一种特殊的压缩工艺，否则会限制它的应用；（iii）电极合成过程可能会更加复杂。认识了这些优缺点，人们已经加大在负极材料及最近展开的正极材料的研发力度。 二、负极二、负极 储锂金属存在的问题储锂金属可部分重复地、在低电压（相对于锂）下进行储锂反应，它提供了比传统石墨大得多的比容量。例如，锂硅合金，饱和状态下的分子式为 Li4.4Si，理论上可以达到4200mAh/

15、g 的比容量，而金属锂为 3600mAh/g，石墨只有 372mAh/g。但是，锂的嵌入再加上相变会导致体积发生巨大的变化，产生的应力致使金属电极断裂破碎，电阻增大，存储电荷的能力骤降。尽管在合金化反应中结构的变化是很正常的，但人们依然努力去降低这一效应以保持电极的完整性。活泼/惰性纳米复合（active/inactive composite）概念该方法包含了两种材料的混合，一种与锂反应，另一种作为惰性的局域缓冲。在这种复合材料中，活泼相纳米级金属团簇被包裹在惰性非晶相基体中，在嵌锂过程中很好地消除了产生的内应力，从而提高了合金化反应的可逆性。将这一概念应用到不同的体系中，结果显示这些电极极大地提高了锂电池的循环性能。碳黑碳黑炭黑的结构性是以炭黑粒子间聚成链状或葡萄状的程度来表示的。由凝聚体的尺寸、形态和每一凝聚体中的粒子数量构成的凝聚体组成的炭黑称为高结构炭黑。目前常用吸油值表示结构性，吸油值越大，炭黑结构性越高，容易形成空间网络通道，而且不易破坏。高结构炭黑颗粒细，网状链堆积紧密，比表面积大，单位质量颗粒多，有利于在聚合物中形成链式导电结构，其中在众多炭黑品种中以乙炔炭黑为最佳。粒径分布宽的