Función y aplicación del agente conductor de baterías de litio

Es necesario añadir un agente conductor de baterías para mejorar la conductividad del material, construir una red conductora estable y duradera, proporcionar un canal rápido para la transmisión de electrones y garantizar el pleno aprovechamiento del material activo. Por lo tanto, en comparación con el material activo, el agente conductor de la batería es también un material indispensable en la batería de iones de litio.

El agente conductor de baterías es un material auxiliar clave para las baterías de litio

El agente conductor de baterías es un material auxiliar clave para las baterías de iones de litio, que desempeña un papel importante en la mejora de la conductividad, la capacidad, la velocidad y el rendimiento del ciclo de la batería. Dado que la mayoría de los materiales activos de los materiales del cátodo tienen una conductividad pobre y una gran resistencia interna, se necesita un agente conductor de baterías para formar una red conductora que mejore la conductividad entre los materiales activos de los materiales del electrodo y el colector de corriente. En la actualidad, el agente conductor de baterías se utiliza principalmente en la lámina catódica.

En el futuro, con la aceleración de la penetración del ánodo de silicio, se acelerará la aplicación del agente conductor de baterías en la lámina del ánodo. Además, el agente conductor de la batería también puede mejorar la procesabilidad de la pieza polo, promover la infiltración del electrolito en la pieza polo, aumentar eficazmente la tasa de migración de los iones de litio en el material del electrodo, reducir la polarización y, por lo tanto, mejorar la eficiencia de carga y descarga y la vida útil del electrodo.

Cátodo: Principalmente mejora la conductividad eléctrica del material del cátodo. Los materiales de cátodo de iones de litio tienen una conductividad deficiente. Es necesario añadir una cierta proporción de agente conductor de la batería para garantizar que el material conductor rellene los huecos entre los materiales activos del material del cátodo para formar una buena red conductora que mejore la conductividad del material del cátodo.

Ánodo: Principalmente, debilita la expansión del material del ánodo y mejora la vida útil del ciclo. Aunque la conductividad del material del ánodo es buena, la intercalación y el desprendimiento continuos de electrones de litio provocarán la expansión y contracción del volumen de partículas de grafito durante los procesos de carga y descarga múltiples, lo que dará lugar a mayores huecos entre las partículas de grafito y a una menor conductividad.

Las piezas pueden incluso desprenderse de los electrodos, reduciendo la capacidad de las baterías de iones de litio. La adición del agente conductor de la batería puede mejorar el rendimiento superficial del ánodo y mantener la conductividad de la batería.

El agente conductor de baterías representa alrededor de 1% del coste de la batería, con una baja sensibilidad al coste y una gran aceptación en las fases posteriores. Dado que el agente conductor de baterías no representa una proporción elevada del coste de las baterías de litio, la sensibilidad al precio es débil, por lo que aunque el coste del nuevo agente conductor de baterías es superior al del agente conductor de baterías tradicional.

Sin embargo, el nuevo agente conductor de baterías puede mejorar significativamente la densidad energética y el rendimiento de carga rápida de las baterías de litio. Por lo tanto, litio top 100 fabricantes tienen un alto grado de aceptación, y el coste puede no ser la primera consideración.

Nuevo agente conductor de baterías frente al agente conductor de baterías tradicional

Comparación exhaustiva en múltiples dimensiones En la actualidad, los agentes conductores de baterías de litio más utilizados son el negro de humo, el grafito conductor, el VGCF, los nanotubos de carbono y el grafeno. Entre ellos, el negro de carbón, el grafito conductor y el VGCF pertenecen a los agentes conductores de baterías tradicionales. Los nanotubos de carbono y el grafeno son nuevos materiales conductores de baterías.

Negro de humo conductor: forma de cadena o de uva, con una elevada superficie específica. El negro de carbón puede formar contacto punto a punto con los materiales activos, lo que favorece la adsorción de electrolitos y mejora la conductividad de los iones. La cantidad de adición es de unos 3%. Es un agente conductor de baterías rentable, pero su conductividad es relativamente general y depende de las importaciones.

Nanotubos de carbono: pueden dividirse en tubos unidimensionales y tubos multipared. Los nanotubos de carbono unidimensionales son cilíndricos, huecos por dentro y tienen una buena conductividad electrónica. La estructura de fibra puede hacer contacto punto a punto con el material activo, formando una red conductora continua en el material activo del electrodo, actuando como un "cable". El agente conductor de la batería de nanotubos de carbono es beneficioso para mejorar la capacidad de la batería, el rendimiento de la tasa, la vida útil del ciclo de la batería y reducir la impedancia de la interfaz de la batería.

Grafeno: Tiene una estructura bidimensional en forma de lámina y forma un contacto punto a punto con el material activo, lo que puede maximizar el papel del agente conductor de la batería y reducir la cantidad de agente conductor utilizado en la batería. De este modo se aumenta la proporción de materiales activos y se incrementa la capacidad de las baterías de litio. En el caso de una pequeña cantidad de adición, el grafeno puede formar mejor una red conductora, y el efecto es mucho mejor que el del negro de humo conductor.

Grafito conductor: El agente conductor de la batería de grafito es grafito artificial con un tamaño de partícula más pequeño, poros más desarrollados y área de superficie específica, y puede formar contacto punto a punto con los materiales activos. Es beneficioso para mejorar la densidad de compactación de las partículas de la pieza polar y aumentar la conductividad de iones y electrones, y al mismo tiempo, puede aumentar la capacidad del cátodo cuando se utiliza en el ánodo.

Características del agente conductor de baterías de negro de humo utilizado en las baterías de litio

Los productos de agente conductor de negro de humo para baterías de litio se diferencian significativamente, y la diferencia de rendimiento es grande. La baja superficie específica, el alto valor de absorción de aceite y el bajo contenido de iones metálicos son los principales indicadores técnicos para la aplicación satisfactoria del negro de humo conductor.

Tamaño de las partículas y superficie específica: El tamaño de las partículas de negro de humo se refiere al tamaño primario de las partículas de negro de humo, y el área superficial específica se refiere a la suma de las áreas superficiales de las partículas de negro de humo por unidad de masa o unidad de volumen. Cuando el tamaño de las partículas es pequeño, la superficie específica es grande y presenta una mejor conductividad de iones y electrones, lo que favorece la adsorción de electrolitos y mejora la conductividad de los iones.

Estructura de cadena ramificada: La estructura de cadena ramificada puede formar una estructura conductora en cadena con materiales activos, aumentar los puntos de contacto conductores y ayudar a mejorar la conductividad electrónica del material.

Valor de absorción de DBP: La estructura del negro de humo puede medirse por el valor de absorción de DBP.

Grupos funcionales superficiales: La cantidad de grupos funcionales superficiales determina la dificultad de dispersión del negro de humo. Cuantos más grupos funcionales, más fácil es dispersarlo, pero demasiados debilitarán la conductividad del agente conductor de la batería.

Contenido en iones metálicos: Un contenido excesivo de iones metálicos provocará la autodescarga de la batería y afectará al rendimiento de seguridad. Por lo general, el contenido de iones metálicos del negro de carbón conductor para baterías de litio es relativamente alto, generalmente inferior a 10 ppm.

En la actualidad, el agente conductor de baterías de iones de litio en China sigue estando dominado por el agente conductor tradicional negro de humo conductor, de los cuales los productos SP son la corriente principal en el mercado. El negro de humo conductor SP es un negro de humo conductor de partículas pequeñas, barato y práctico, que no tiene función de almacenamiento de litio, sino que sólo conduce la electricidad.

Aplicación y perspectivas del agente conductor de baterías

Cada agente conductor de baterías tiene sus propias ventajas. En el futuro, el desarrollo de agentes conductores de baterías se centrará en los cuatro aspectos siguientes:

● Tanto en el sistema acuoso como en el disolvente del sistema orgánico NMP, el agente conductor de la batería debe tener una buena dispersabilidad;

● Compuesto con nanotubos de carbono de alta conductividad, grafeno y otros nuevos materiales de carbono para reducir la proporción de uso del agente conductor de la batería y mejorar rendimiento de la batería;

● Mejorar la superficie específica y la capacidad de adsorción de electrolitos, y mejorar aún más la conductividad iónica de la pieza polar.

● Tanto si se trata de nanotubos de carbono como de materiales compuestos de grafeno, en comparación con los materiales tradicionales, urge reducir los costes para satisfacer las necesidades reales.