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磷酸铁电池充电和放电性能的导电剂分析

磷酸铁电池充电和放电性能的导电剂分析

来源:
2021/03/29 13:59
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【摘要】:

  导电剂对磷酸铁锂充放电性能的影响

  在制备电池膏的过程中,导电剂的加入仍然是必要的。导电剂的加入可以使LiFePO形成导电网络,收集微电流,降低电极接触电阻,加速电子迁移速度,从而提高LiFePO的充放电性能。

  常用的导电剂有炭黑、石墨、碳纤维、金属纤维等。高结构碳黑颗粒细,网状链排列紧密,比表面积大,有利于电极内形成导电链结构。乙炔黑(AB)是最好的炭黑。乙炔被认为具有较低的黑度,并且嵌在乙炔中的锂离子的吉布斯自由能与释放的锂离子的吉布斯自由能相差不大。乙炔黑电导率高,热释放电阻小,对电池安全性影响不大。石墨和碳纤维由于其优良的导电性、低密度、稳定的结构和良好的化学稳定性,常被用作锂电池正极材料的导电剂。碳纳米管作为一种纳米纤维材料,具有高纵横比、大比表面积和良好的导电性和导热性。邓凌峰等比较了颗粒状导电炭黑和线性碳纤维作为导电剂对锂电池性能的影响。

  导电剂的含量对LiFePO4的充放电性能有显著影响。如果导电剂含量过低,就很难形成有效的导电网络,也不能形成足够的电子导电通道,不利于大电流的充放电。如果含量过高,活性物质的相对含量会降低,电池的比容量会降低。

  导电剂的分散性对材料的性能也有显著影响。Dominko等研究表明,添加2wt%均匀分散炭黑比添加10wt%不均匀分散炭黑具有更好的电化学性能。黑田东彦等人也遇到了类似的问题。范长玲等人用LiFePO4/C作为正极活性材料,用高导电性聚苯胺(PAN)代替AB作为导电剂进行恒流充放电试验。结果表明,PAN制备的LiFePO4/C的极化率高于Ab

  充放电容量随电流密度的增大而增大。张杰等研究了Coqin black RKB的添加量和KB在LiFePO4正浆料中的分散对电极涂层的附着力和电池充放电循环性能的影响

  比较了KB电池和ablifep04电池的电化学性能。结果表明,高速剪切可以有效解决磷酸铁锂电极浆料制备过程中KB容易团聚的问题,提高电池浆料的分散性,增强正极镀层的附着力

  kb太多或太少都会影响电池性能。当KB用量为3%时,1C倍增器的放电容量可达141 mAh/g左右。

  LiFePO4的充放电机理

  在LiFePO4的充放电过程中,晶体中P043-的存在限制了Li+的移动空间范围,使得Li+的分层仅仅是一个二维的移动过程。因此,当电流较高时,LiFePO4的电导率较低,离子扩散较小,容量损失较大。人们提出了不同的假说来解释这一现象。Padhi等人认为,在LiFePO4的充放电过程中,单元界面产品的Li+转移速率是固定的,界面由粒子外部向内部移动,面积不断缩小。当所有接口区域的总和不足以支持放电电流时,放电终止。放电电流越大,嵌在LiFePO4颗粒中的Li+浓度越小,LiFePO4的体积损失越严重。

 

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