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当石墨烯遇上锂电池 石墨烯迎产业化良机

导读: 锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解质等组成,而决定锂离子电池整体电化学性能的关键是电极材料。从锂电池的工作原理看,电子和锂离子共同参与到锂离子电池充放电过程中,锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体。

  OFweek电子工程网讯 锂电池主要由正极、负极、隔膜和电解质等组成,而决定锂离子电池整体电化学性能的关键是电极材料。从锂电池的工作原理看,电子和锂离子共同参与到锂离子电池充放电过程中,锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体。

  当石墨烯遇上锂电池 石墨烯迎产业化良机

  但是,由于锂电池正极活性材料多为过渡金属氧化物或过渡金属磷酸盐,它们多为半导体或绝缘体,导电性较差,其电导率在10-3-10-9 S/cm 之间。同时,由于正极材料的电子传导速率直接限制了Li+在固相中的迁移速率,特别是在快速充放电条件下,会引起极化电压的升高和放电平台的过早结束,从而导致循环容量的迅速衰减。

  当石墨烯遇上锂电池 石墨烯迎产业化良机

  1、锂电池导电剂:有效提升锂电池正极导电性

  锂电池在新能源汽车的广泛使用对锂电池的性能提出了更高的要求,包括其导电性、续航能力和循环寿命等,其中为了解决正极材料导电性差等问题,通常是在电极活性材料中加入高电导性的导电剂。导电添加剂的作用就是在具体活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流以减小电极的接触电阻,加速电子的移动速率。因此,在锂离子电池电极材料中加入导电剂构建导电网络,可以降低电池内阻,有效提高电子的迁移速率,从而提升电极的充放电速率并保证电池良好的充放电性能。

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  2、石墨烯导电剂:性能卓越,力压群雄

  目前导电剂包括传统导电剂(以炭黑为代表)、碳纳米管以及石墨烯。导电碳黑的特点是粒径小,比表面积大,在电池中它可以起到吸液保液的作用,缺点是价格高,难以分散。碳纳米管是近年新兴的导电剂,它一般直径在5纳米左右,长度达到10-20微米,它不仅能够在导电网络中充当“导线”的作用,同时它还具有双电层效应,发挥超级电容器的高倍率特性。相比之下,石墨烯作为一个后起的新材料,拥有比导电炭黑和碳纳米管更卓越的性能。

  石墨烯是二维片状纳米材料,理论上比表面积达到2630m2/g,微观强度达到130GPa,是钢材的100 倍,热导率是金刚石的3倍,载流子迁移率是硅的10倍,电阻率是室温下最低的材料。因此,石墨烯具有非常优异的导电导热性能,在锂电池产品中的应用极具潜力、前景广阔。作为锂电池导电剂,由于石墨烯的单原子层二维片状结构,可在电极材料间形成导电网络,导电机制由传统的点、线接触转变为面接触。

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  在同样导电剂添加量的前提下,石墨烯的电阻率是碳纳米管的十分之一,是导电碳黑的四十分之一,导电性能远好于导电炭黑与碳纳米管。并且,石墨烯导热系数高达5300W/m K,比所有材料导热性都强,有利于电池散热,提高电池的高低温性能,延长电池的寿命。

  当石墨烯遇上锂电池 石墨烯迎产业化良机.

  除了提升锂电池的导电性外,石墨烯导电剂维持导电性的前提下,由于更少的添加量,间接的提升了磷酸铁锂的压实密度,从而能间接提升电池的体积能量密度;另一方面,磷酸铁锂导电性能增加,电池倍率也会得到明显提高;添加石墨烯导电剂的动力电池容量衰减程度远胜于其他类型动力电池,电池循环寿命大幅提升。

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责任编辑:Trista
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