導(dǎo)電劑對(duì)磷酸鐵鋰鋰離子電池充放電性能的影響

在電池糊的制備過(guò)程中，導(dǎo)電劑的加入仍然是必要的。添加導(dǎo)電劑可使LiFePO形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，收集微電流，降低電極的接觸電阻，加快電子遷移速度，從而提高LiFePO的充放電性能。

常用的導(dǎo)電劑有炭黑、石墨、碳纖維、金屬纖維等。高結(jié)構(gòu)炭黑顆粒細(xì)小，網(wǎng)狀鏈排列緊密，比表面積大，有利于在電極中形成導(dǎo)電鏈結(jié)構(gòu)。乙炔黑(AB)是最好的炭黑。一般認(rèn)為乙炔的黑格度較低，嵌在其中的鋰離子的吉布斯自由能與釋放出的鋰離子的吉布斯自由能相差不大。因?yàn)橐胰埠诘碾妼?dǎo)率大，電阻放熱小，所以它對(duì)電池安全的影響程度小。石墨和碳纖維具有導(dǎo)電性好、密度小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，常被用作鋰離子電池正極材料的導(dǎo)電劑。碳納米管作為一種納米纖維材料，具有高的長(zhǎng)徑比、大的比表面積和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能。鄧凌峰等比較了粒狀導(dǎo)電炭黑和線型納米碳纖維作為導(dǎo)電劑對(duì)鋰離子電池性能的影響。

導(dǎo)電劑的含量對(duì)LiFePO4的充放電性能有明顯的影響。假如導(dǎo)電劑含量過(guò)低，就很難形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，也不能形成足夠的電子導(dǎo)電通道，不利于大電流的充放電。假如含量過(guò)高，則會(huì)降低活性物質(zhì)的相對(duì)含量，降低電池的比容量。

導(dǎo)電劑的分散度對(duì)材料性能也有明顯的影響。Dominko等人的研究表明，添加2wt%均勻分散的炭黑比添加10wt%不均勻分散的炭黑具有更好的電化學(xué)性能。黑田東彥等人也得到了類似的結(jié)。范長(zhǎng)嶺等以LiFePO4/C為正極活性材料，以導(dǎo)電性較高的聚苯胺(PAn)代替AB為導(dǎo)電劑進(jìn)行恒流充放電試驗(yàn)。研究表明，與AB相比，以PAn為導(dǎo)電劑的LiFePO4/C的極化率更高

不同電流密度下充放電容量增大。張杰等研究了添加koqin黑rKB的量和LiFePO4陽(yáng)性膏中KB的分散對(duì)電極涂層附著力和電池充放電循環(huán)性能的影響

比較了KB電池和ABLiFeP04電池的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，高速剪切能有效地解決磷酸鐵鋰電極膏制備過(guò)程中KB易團(tuán)聚的問(wèn)題，改善電池膏體的分散性，提高正極涂層的附著力

力;KB添加量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響電池性能。當(dāng)KB添加量為3%時(shí)，1c倍增器下的放電容量可達(dá)141毫安時(shí)/克左右。

LiFePO4的充放電機(jī)制

在LiFePO4的充放電過(guò)程中，晶體中P043-的存在限制了Li+的移動(dòng)空間范圍，使得Li+的分層僅僅是一個(gè)二維的移動(dòng)過(guò)程。因此，LiFePO4的電導(dǎo)率和離子擴(kuò)散率較低，在大電流充放電時(shí)，容量損失較大。人們提出了不同的假設(shè)來(lái)解釋這一現(xiàn)象。Padhi等人認(rèn)為，單位界面產(chǎn)品的Li+傳輸速率在LiFePO4充放電過(guò)程中是固定的，界面從粒子外部向內(nèi)部移動(dòng)，面積不斷縮小。當(dāng)所有接口面積之和不足以支持放電電流時(shí)，放電終止。放電電流越大，LiFePO4粒子所能嵌入的Li+濃度越小，LiFePO4的體積損失越嚴(yán)重。