LiFePO4材料以其優(yōu)異的安全性能而著稱，是目前實際應用的鋰離子電池正極材料中唯一能夠通過擠壓、針刺等嚴苛的安全實驗的鋰離子電池材料，這主要得益于其穩(wěn)固的橄欖石結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固的P-O鍵極大的增加了材料的熱穩(wěn)定性，提高了磷酸鐵鋰材料的熱失控的溫度，大大提高了LiFePO4材料的安全性能，也提升了材料的循環(huán)性能，因此LiFePO4材料鋰離子電池被廣泛的應用在電動大巴等對安全性能要求較高的領域。
但是磷酸鐵鋰材料也存在著許多的問題，例如電子電導率低，電壓低等問題，為了克服這些問題，人們提出了多種方案，例如LiFePO4顆粒納米化和表面包覆等方案，在一定程度是解決了LiFePO4材料電子電導率和離子電導率低問題。但是為了提高LiFePO4材料的電池的倍率性能和循環(huán)性能，不僅僅需要提升材料本身的性能，還需要從電極的成分配比等方面入手，共同解決LiFePO4材料導電性差的問題。
鋰離子電池的電極主要由四大部分組成：活性物質(zhì)、導電劑、粘結(jié)劑和集流體，其中只有活性物質(zhì)能夠為電池提供容量，因此需要盡可能的增加活性物質(zhì)在整個電池中所占的比例。導電劑主要增加電極的導電性，粘結(jié)劑主要是將電極的幾種組分粘接在一起，因此為了降低電極的電阻，又需要增加導電劑和粘結(jié)劑的用量，兩者相互平衡和制約。為了解決提升活性物質(zhì)占比和提升電極導電性的矛盾，一個可行的辦法是開發(fā)具有導電能力的粘結(jié)劑，在起到粘接作用的同時也能夠解決電子導電的問題。
近日中科院廣州能源研究所的Haoxiang Zhong等人開發(fā)了一款具有導電能力的新型粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑主要包含羧甲基殼聚糖(CCTS)作為粘結(jié)劑，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)- 聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)作為導電劑。
采用PEDOT：PSS材料能夠在電極內(nèi)部形成連續(xù)的均勻的導電網(wǎng)絡，并能夠降低了導電劑炭黑的應用，從而提升電極的壓實密度。采用PEDOT：PSS導電劑的LiFePO4電池表現(xiàn)出了更好的循環(huán)性能和倍率性能。
PEDOT：PSS因為其良好的導電性，熱/化學穩(wěn)定性而被廣泛的應用在鋰離子電池領域，例如Si負極電池等。Haoxiang Zhong將PEDOT：PSS與CCTS結(jié)合，應用在LiFePO4材料電極上，并研究了PEDOT：PSS與炭黑之間的替代關系，發(fā)現(xiàn)PEDOT：PSS與炭黑之間的重量比例為1：1時電池表現(xiàn)出最好的倍率和循環(huán)性能。實驗過程如下，首先將PEDOT：PSS分散在CCTS溶液中，然后再與LiFePO4、炭黑和粘結(jié)劑(SBR)混合，然后涂布再鋁箔上進行后續(xù)的電化學測試。
測試發(fā)現(xiàn)采用PEDOT：PSS導電劑的電極要比只采用炭黑導電劑的阻抗要低(100Sm-1：526Sm-1)，同時極片的壓實密度也從1.5g/cm3提升到了1.7g/cm3，同時極片的剝離強度也得到了明顯的提升，從0.17N/cm提升到了0.23N/cm。電化學測試發(fā)現(xiàn)，采用PEDOT：PSS導電劑的電極比能量為155mAh/g，循環(huán)100次容量保持率為100%，電壓平臺為3.4V。同時采用PEDOT：PSS導電劑的電極表現(xiàn)出了更加優(yōu)秀的倍率性能，3C的比容量可達113mAh/g，5C倍率下可達93mAh/g。
CONTACT US
ICC APP
