Fonction et application de l'agent conducteur des piles au lithium

Il est nécessaire d'ajouter un agent conducteur de batterie pour améliorer la conductivité du matériau, construire un réseau conducteur stable et durable, fournir un canal rapide pour la transmission des électrons et garantir que le matériau actif est pleinement utilisé. Par conséquent, comparé au matériau actif, l'agent conducteur de la batterie est également un matériau indispensable dans la batterie lithium-ion.

L'agent conducteur de batterie est un matériau auxiliaire essentiel pour les batteries au lithium

L'agent conducteur de batterie est un matériau auxiliaire essentiel pour les batteries lithium-ion, qui joue un rôle important dans l'amélioration de la conductivité, de la capacité, de la vitesse et du cycle de la batterie. Étant donné que la plupart des matériaux actifs des cathodes ont une mauvaise conductivité et une grande résistance interne, un agent conducteur de batterie est nécessaire pour former un réseau conducteur afin d'améliorer la conductivité entre les matériaux actifs des électrodes et le collecteur de courant. Actuellement, l'agent conducteur de batterie est principalement utilisé sur la feuille de cathode.

À l'avenir, avec la pénétration accélérée de l'anode à base de silicium, l'application de l'agent conducteur de batterie sur la feuille d'anode s'accélérera. En outre, l'agent conducteur de batterie peut également améliorer la facilité de traitement de la pièce polaire, favoriser l'infiltration de l'électrolyte sur la pièce polaire, augmenter efficacement le taux de migration des ions lithium dans le matériau de l'électrode, réduire la polarisation et donc améliorer l'efficacité de la charge et de la décharge ainsi que la durée de vie de l'électrode.

Cathode : Il améliore principalement la conductivité électrique du matériau de la cathode. Les matériaux de cathode lithium-ion ont une mauvaise conductivité. Il est nécessaire d'ajouter une certaine proportion d'agent conducteur de batterie pour s'assurer que le matériau conducteur remplit les espaces entre les matériaux actifs du matériau de la cathode afin de former un bon réseau conducteur et d'améliorer la conductivité du matériau de la cathode.

Anode : Il affaiblit principalement l'expansion du matériau de l'anode et améliore la durée de vie du cycle. Bien que la conductivité du matériau de l'anode soit bonne, l'intercalation et l'élimination continues des électrons du lithium provoquent l'expansion et la contraction du volume des particules de graphite au cours des processus de charge et de décharge multiples, ce qui entraîne des écarts plus importants entre les particules de graphite et une conductivité plus faible.

Des parties peuvent même se détacher des électrodes, ce qui réduit la capacité des batteries lithium-ion. L'ajout d'un agent conducteur de batterie peut améliorer la performance de la surface de l'anode et maintenir la conductivité de la batterie.

L'agent conducteur de batterie représente environ 1% du coût de la batterie, avec une faible sensibilité au coût et une forte acceptation en aval. Étant donné que l'agent conducteur de batterie ne représente pas une proportion élevée du coût des batteries au lithium, la sensibilité au prix est faible, de sorte que même si le coût du nouvel agent conducteur de batterie est plus élevé que celui de l'agent conducteur de batterie traditionnel, le prix de l'agent conducteur de batterie est plus élevé que celui de l'agent conducteur de batterie traditionnel.

Cependant, le nouvel agent conducteur de batterie peut améliorer de manière significative la densité énergétique et les performances de charge rapide des batteries au lithium. C'est pourquoi, Top 100 du lithium ont un degré élevé d'acceptation, et le coût n'est pas nécessairement le premier critère à prendre en compte.

Nouvel agent conducteur de batterie par rapport à l'agent conducteur de batterie traditionnel

Comparaison complète en plusieurs dimensions Les agents conducteurs actuellement utilisés pour les batteries au lithium comprennent principalement le noir de carbone, le graphite conducteur, le VGCF, les nanotubes de carbone et le graphène. Parmi eux, le noir de carbone, le graphite conducteur et le VGCF font partie des agents conducteurs de batterie traditionnels. Les nanotubes de carbone et le graphène sont de nouveaux matériaux conducteurs pour les batteries.

Noir de carbone conducteur : Le noir de carbone se présente sous la forme d'une chaîne ou d'un raisin, avec une surface spécifique élevée. Le noir de carbone peut former un contact point à point avec les matériaux actifs, ce qui favorise l'adsorption des électrolytes et améliore la conductivité ionique. La quantité ajoutée est d'environ 3%. Il s'agit d'un agent conducteur de batterie rentable, mais sa conductivité est relativement générale et dépend des importations.

Les nanotubes de carbone : peuvent être divisés en tubes à paroi simple et en tubes à parois multiples. Les nanotubes de carbone unidimensionnels sont cylindriques, creux à l'intérieur et présentent une bonne conductivité électronique. La structure de la fibre peut établir un contact point à point avec le matériau actif, formant un réseau conducteur continu dans le matériau actif de l'électrode, agissant comme un "fil". L'agent conducteur des batteries à base de nanotubes de carbone permet d'améliorer la capacité de la batterie, la performance de la vitesse, la durée du cycle de la batterie et de réduire l'impédance de l'interface de la batterie.

Graphène : Il possède une structure bidimensionnelle en forme de feuille et forme un contact point à point avec le matériau actif, ce qui permet de maximiser le rôle de l'agent conducteur de la batterie et de réduire la quantité d'agent conducteur utilisée dans la batterie. Cela permet d'augmenter la proportion de matériaux actifs et d'accroître la capacité des piles au lithium. Dans le cas d'une petite quantité d'ajout, le graphène peut mieux former un réseau conducteur, et l'effet est bien meilleur que celui du noir de carbone conducteur.

Graphite conducteur : L'agent conducteur de la batterie au graphite est un graphite artificiel dont la taille des particules est plus petite, les pores et la surface spécifique plus développés, et qui peut former un contact point à point avec les matériaux actifs. Il est avantageux d'améliorer la densité de compactage des particules de la pièce polaire et d'augmenter la conductivité des ions et des électrons, et en même temps, il peut augmenter la capacité de la cathode lorsqu'il est utilisé dans l'anode.

Caractéristiques de l'agent conducteur au noir de carbone utilisé dans les piles au lithium

Les produits d'agent conducteur de noir de carbone pour piles au lithium sont très différents les uns des autres et l'écart de performance est important. Une faible surface spécifique, une valeur élevée d'absorption de l'huile et une faible teneur en ions métalliques sont les principaux indicateurs techniques d'une application réussie du noir de carbone conducteur.

Taille des particules et surface spécifique : La taille des particules de noir de carbone désigne la taille des particules primaires de noir de carbone, et la surface spécifique désigne la somme des surfaces des particules de noir de carbone par unité de masse ou de volume. La taille des particules est petite, la surface spécifique est grande et la conductivité des ions et des électrons est meilleure, ce qui favorise l'adsorption des électrolytes et améliore la conductivité des ions.

Structure de chaîne ramifiée : La structure en chaîne ramifiée peut former une structure conductrice en chaîne avec des matériaux actifs, augmenter les points de contact conducteurs et contribuer à améliorer la conductivité électronique du matériau.

Valeur d'absorption du DBP : La structure du noir de carbone peut être mesurée par la valeur d'absorption du DBP.

Groupes fonctionnels de surface : La quantité de groupes fonctionnels de surface détermine la difficulté de dispersion du noir de carbone. Plus il y a de groupes fonctionnels, plus la dispersion est facile, mais trop de groupes affaiblissent la conductivité de l'agent conducteur de la batterie.

Teneur en ions métalliques : Une teneur excessive en ions métalliques provoque l'autodécharge de la batterie et affecte les performances en matière de sécurité. En général, la teneur en ions métalliques du noir de carbone conducteur pour les piles au lithium est relativement élevée, généralement inférieure à 10 ppm.

À l'heure actuelle, l'agent conducteur des batteries lithium-ion en Chine est toujours dominé par l'agent conducteur traditionnel, le noir de carbone conducteur, dont les produits SP sont les plus courants sur le marché. Le noir de carbone conducteur SP est un noir de carbone conducteur à petites particules, bon marché et pratique, qui n'a pas de fonction de stockage du lithium, mais qui conduit uniquement l'électricité.

Application et perspectives de l'agent conducteur de batterie

Chaque agent conducteur de batterie a ses propres avantages. À l'avenir, le développement de l'agent conducteur de batterie se concentrera sur les quatre aspects suivants :

● Que ce soit dans le système aqueux ou dans le solvant organique NMP, l'agent conducteur de la batterie doit avoir une bonne dispersibilité ;

● Composé de nanotubes de carbone à haute conductivité, de graphène et d'autres nouveaux matériaux à base de carbone pour réduire le taux d'utilisation de l'agent conducteur de la batterie et améliorer la qualité de l'air. performance de la batterie;

● Améliorer la surface spécifique et la capacité d'adsorption de l'électrolyte, et améliorer encore la conductivité ionique de la pièce polaire.

● Qu'il s'agisse de nanotubes de carbone ou de matériaux composites à base de graphène, par rapport aux matériaux traditionnels, il est urgent de réduire les coûts pour répondre aux besoins réels.