En el sistema de batería de iones de litio comercial actual, el factor limitante es principalmente la conductividad eléctrica. En particular, la conductividad insuficiente del material de electrodo positivo limita directamente la actividad de la reacción electroquímica. Es necesario agregar un agente conductor adecuado para mejorar la conductividad del material y construir la red conductora para proporcionar un canal rápido para el transporte de electrones y asegura que el material activo se utilice completamente. Por lo tanto, el agente conductor también es un material indispensable en la batería de iones de litio en relación con el material activo.
El rendimiento de un agente conductor depende en gran medida de la estructura de los materiales y los modales en los que está en contacto con el material activo. Los agentes conductores de la batería de iones de litio comúnmente utilizados tienen las siguientes características:
(1) Negro de carbono: la estructura del negro de carbono se expresa por el grado de agregación de partículas de negro de carbono en una cadena o forma de uva. Las partículas finas, la cadena de red densamente empaquetada, la gran superficie específica y la masa unitaria, que son beneficiosas para formar una estructura conductora de la cadena en el electrodo. Como representante de los agentes conductores tradicionales, el negro de carbono es actualmente el agente conductor más utilizado. La desventaja es que el precio es alto y es difícil dispersar.
(2)Grafito: El grafito conductor se caracteriza por un tamaño de partícula cercano al de los materiales activos positivos y negativos, un área de superficie específica moderada y una buena conductividad eléctrica. Actúa como un nodo de la red conductora en la batería, y en el electrodo negativo, no solo puede mejorar la conductividad, sino también la capacidad.
(3) P-LI: Super P-Li se caracteriza por un pequeño tamaño de partícula, similar al negro de carbono conductor, pero un área de superficie específica moderada, especialmente en forma de ramas en la batería, lo cual es muy ventajoso para formar una red conductora. La desventaja es que es difícil dispersar.
(4)Nanotubos de carbono (CNT): Los CNT son agentes conductores que han surgido en los últimos años. Generalmente tienen un diámetro de aproximadamente 5 nm y una longitud de 10-20um. No solo pueden actuar como "cables" en las redes conductoras, sino que también tienen un efecto de capa de electrodo doble para dar juego a las características de alta velocidad de los supercondensadores. Su buena conductividad térmica también conduce a la disipación de calor durante la carga y la descarga de la batería, reduce la polarización de la batería, mejora el rendimiento de la batería alto y bajo de temperatura y extiende la vida útil de la batería.
Como agente conductor, los CNT se pueden usar en combinación con varios materiales de electrodos positivos para mejorar la capacidad, la velocidad y el rendimiento del ciclo del material/batería. Los materiales de electrodo positivos que se pueden usar incluyen: Lipoo2, LIMN2O4, LifepO4, Electrodo Polimer Positive, Li3v2 (PO4) 3, óxido de manganeso y similares.
En comparación con otros agentes conductores comunes, los nanotubos de carbono tienen muchas ventajas como agentes conductores positivos y negativos para las baterías de iones de litio. Los nanotubos de carbono tienen una alta conductividad eléctrica. Además, los CNT tienen una relación de aspecto grande, y la menor cantidad de adición puede lograr un umbral de percolación similar a otros aditivos (manteniendo la distancia de los electrones en el compuesto o la migración local). Dado que los nanotubos de carbono pueden formar una red de transporte de electrones altamente eficiente, se puede lograr un valor de conductividad similar al de un aditivo de partículas esféricas con solo 0.2% en peso de SWCNT.
(5)Grafenoes un nuevo tipo de material de carbono plano flexible bidimensional con excelente conductividad eléctrica y térmica. La estructura permite que la capa de grafeno se adhiera a las partículas de material activo, y proporcione una gran cantidad de sitios de contacto conductores para las partículas de material activo de electrodo positivo y negativo, de modo que los electrones se pueden realizar en un espacio bidimensional para formar una red conductora de gran área. Por lo tanto, se considera el agente conductor ideal actualmente.
El material negro de carbono y el material activo están en contacto punto y pueden penetrar en las partículas del material activo para aumentar completamente la relación de utilización de los materiales activos. Los nanotubos de carbono están en contacto con la línea de punto, y pueden intercalarse entre los materiales activos para formar una estructura de red, que no solo aumenta la conductividad, al mismo tiempo, también puede actuar como un agente de unión parcial, y el modo de contacto del grafeno es de contacto punto a cara, que puede conectar la superficie del material activo para formar una red conductiva grande como un cuerpo principal, pero es difícil cubrir el material activo por completo. Incluso si la cantidad de grafeno agregada aumenta continuamente, es difícil utilizar completamente el material activo y difundir los iones Li y deteriorar el rendimiento del electrodo. Por lo tanto, estos tres materiales tienen una buena tendencia complementaria. Mezclar nanotubos de negro de carbono o carbono con grafeno para construir una red conductora más completa puede mejorar aún más el rendimiento general del electrodo.
Además, desde la perspectiva del grafeno, el rendimiento del grafeno varía de diferentes métodos de preparación, en el grado de reducción, el tamaño de la hoja y la relación de negro de carbono, la dispersión y el grosor del electrodo afectan en gran medida las naturalezas de los agentes conductores. Entre ellos, dado que la función del agente conductor es construir una red conductora para el transporte de electrones, si el agente conductor en sí no está bien disperso, es difícil construir una red conductora efectiva. En comparación con el agente conductivo de negro de carbono tradicional, el grafeno tiene un área de superficie específica ultra alta, y el efecto conjugado π-π facilita el aglomerado en aplicaciones prácticas. Por lo tanto, cómo hacer que el grafeno forme un buen sistema de dispersión y hacer uso completo de su excelente rendimiento es un problema clave que debe resolverse en la aplicación generalizada de grafeno.
Tiempo de publicación: Dic-18-2020