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关于导电剂如何选择
2012-05-22

 

如何选用导电剂?这是我们在进行电池设计时要解决的一个重要问题,但是在解决这个问题之前,我们必须要明确用户对磷酸铁锂电池性能的具体要求,以电动汽车对磷酸铁锂电池的性能要求及经济要求为例,我们必须准确把握用户对以上八个方面的具体要求,并且用数据加以描述。根据用户的具体要求,我们才能设计出满足用户要求的磷酸铁锂电池,在设计的过程中,如何选用导电剂来改善电池的性能就是每一个设计人员必须解决的问题之一。
1、根据正负极活性物质的粒径和形貌来选择导电剂。为了在电极中形成有效
地导电网络,必须如同上述导电网络示意图一样,要有导电节点,这些导电节点由导电石墨来充当,粒径最好和活性物质的粒径接近。要有导电支点,他们要像八爪鱼的触须一样和将活性物质颗粒吸在一起,因此,它们要有很细的粒径,要有链状的形貌,这些支点由科琴黑来充当最合适。要有支点与节点之间的连接导线,它们要有良好的导电性,要有线状的形貌,科琴黑,VCGF,碳纳米管正好符合这些要求。因此,为了在正负电极中形成有效地导电网络,必须加入具有不同粒径不同形貌特征的导电剂。
2、根据电池的倍率性能要求来选
择导电剂。根据磷酸铁锂电池的用途,用户会提出不同的倍率要求,比如要求电池能够10C连续放电,20C脉冲放电等。这时我们要根据正负极活性物质粉料的电导率(这个数据以前大家都不重视,其实可以用四探针法进行测量,A123公司在其专利及发表的论文中首先提到到这一参数),用户对电池的比容量要求来选择导电剂。如果正负极活性物质的电导率低,为了实现高倍率,就必须选择高导电性的导电剂。在同时使用几种导电剂的情况下,就必须提高高导电性导电剂的比例。
3、根据电池的倍率性能及高低温性能的要求选
择导电剂。在常用的导电剂中,科琴黑不仅具有良好的导电性,还具有良好的导热性,(它在锂离子电池中的作用在其他文献中有十分详尽的说明)特别是导热性,对于高功率型磷酸铁锂,当它在大倍率电流工作时,电池因内阻及极化的原因会放出大量的热,这些热量需要及时散发,否则会导致电池的安全事故。因此,对经常处于大倍率工作状态和高温工作状态的磷酸铁锂电池,提高科琴黑导电剂的比例十分必要。
4、根据电池的总成本要求来选择导电剂。在上述常用的导电剂中,SP最便宜,其
次是导电石墨,再其次是超导电炭黑科琴黑,最贵的是碳纳米管和VGCF,高达几千元人民币一公斤。因此,在满足用户要求的前提下,为了尽可能降低电池的生产成本,要尽可能选用低价格的导电剂。
5、根据离子传导能力要求选择导电剂。为了改善电极的离子传导能力,电极必须具有良好的吸液能力和合适的孔隙率。这就要求我们选用比表面大,孔隙率高的导电剂。从上述常用导电剂技术规格表可知,科琴黑和碳纳米管均具有这些特征。
6、合理确定导电剂的加入量。导电剂在改善电池的功率性能方面虽然具有重要作用,
但是并非加入越多,电池的倍率性能就越好。如果导电剂加入到一定量时,倍率和容量都不会再有明显变化。
 
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