文章详情

锂离子电池导电浆料介绍

锂离子电池导电浆料介绍

导电浆料概述


导电浆料是将导电剂均匀分散在分散剂中形成的浆料,广泛应用于电子元器件封装、电极和电子元器件的制备等领域。导电浆料大致可以分为以下几类:

1、金属系导电浆料(如银、铜、镍);

2、金属氧化物系导电浆料(如氧化锡、氧化铁、氧化锌、二氧化钛);

3、碳系导电浆料(如炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯);

4、复合导电剂(如复合粉、复合纤维)。


锂离子电池导电浆料介绍


锂离子电池导电浆料主要是碳系导电浆料,包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯及其混合浆料。通常,大家把炭黑、石墨称为传统导电浆料,把碳纳米管、石墨烯及其混合浆料称为新型导电浆料。


01

导电炭黑


导电炭黑是目前锂离子电池使用最广泛的导电浆料。炭黑是一种无定形炭,在扫描电镜下呈链状或葡萄状,质轻而疏松,粒径小(D50=40Na),比表面积比较大,在浆料中分散性较差,容易团聚,且具有较强的吸油性。由于导电炭黑不能形成良好的导电网络,导电性相对较差,而且电阻高且易于极化。因此,在用导电炭黑进行极片制作时,往往与石墨、碳纳米管、石墨烯等材料配合使用。

目前,市面上销售的导电炭黑主要有Super P、Super S、350G、乙炔黑、科琴黑(Carbon ECP、Carbon ECP600JD)等。

02

导电石墨


石墨是一种晶体,晶格为六边形层状结构,相对较粗(D50=3-6um),导电性略差于导电炭黑,但具有更好的可压缩性和可分散性。因此,导电石墨一般配合导电炭黑使用,这样不仅可以提高导电剂的分散性,减少极片极化,还能提高电极的氧化还原能力和电池的充放性能。

目前,市面上销售的导电石墨主要有KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15等。

03

碳纳米管


碳纳米管(CNT)可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管,是近年新发展起来的导电材料。碳纳米管与活物质呈点线接触形式,在导电网络中不仅起到“引线”作用,同时还具有双电层效应,对于增强电解液吸收、提高电池容量、倍率性能、电池循环寿命和降低电池极化都具有积极作用,是较为理想的导电材料,但碳纳米管材料的缺点是不易分散。因此,一般将碳纳米管添加到炭黑中配合使用。

目前,天奈公司是国内当之无愧的碳纳米管研发和生产的龙头企业。

04

石墨烯


石墨烯呈片状结构,与活性物质呈面接触形式,具有优异的导电性能,用作导电剂时可以减少导电剂的用量。但是,石墨烯的片状结构也阻碍了锂离子的扩散,从而造成电池倍率性能下降。由于其成本较高,分散困难、具有阻碍锂离子扩散等弊端尚未完全被工业化应用。因此,目前一般将石墨烯添加到炭黑中配合使用。

目前,青岛昊鑫、深圳纳米港、山东玉皇、厦门凯纳等一大批企业都在生产石墨烯导电浆料。


05

混合导电浆料


混合导电浆料就是将碳纳米管、石墨烯、导电炭黑之间进行掺杂滥混合后形成的浆料。使用混合导电浆料,目的就是希望发挥导电剂之间的协同、互补、激发作用。当然,混合浆料的分散问题会更加突出。

06

小结


几种导电浆料优势和缺点并存,具体如何选择需综合考虑。在实际应用中,由于成本和工艺非常成熟原因,炭黑依然是目前锂离子电池中应用最广泛的导电材料,而碳纳米管和石墨烯作为新时代的宠儿,代表着新的希望,在众多科研、企业、金融机构的共同努力下,在科研和实际应用方面都取得了不俗的成绩。但是,碳纳米管和石墨烯的综合使用成本阻碍了产业化批量使用。到底谁能笑到最后,谁能笑得最美,谁将引领未来锂离子电池导电浆料的主流,我们拭目以待。