作者丨何足道 编辑丨何足道
目前,提高锂离子电池倍率性能的方法主要包括材料选择、配方优化、电池结构的选择、提高电解质的离子电导率、降低锂离子电池的内阻等。其中,在正极活性材料内部添加高电导率的导电剂,可降低活性材料与正极基体/集电器之间的接触电阻,并提高正极材料的电导率,提高倍率性能。
与锂离子电池的传统导电剂相比,石墨烯导电剂具有更加优异的导电性(石墨烯的理论电导率为106S/m)和超快速的二维平面传递特性,以及非常小的堆积密度。材启研发的超级快充石墨烯导电剂有望改变充电慢的行业现状,加速超级快充时代的到来。
具体的,电极分别以10 C、15 C和20 C超高倍率充电,在300 s、240 s和180 s时充电比容量分别可达152.2 mAh g-1、144.1 mAh g-1和145.1 mAh g-1,此时充电比容量分别已达理论比容量的89.5%、84.7%和85.3%,然后再以0.1 C低倍率恒压充电,分别继续充电15 min、11 min和13 min后充电比容量高达169 mAh g-1、165.6 mAh g-1和168.2 mAh g-1,此时充电比容量分别达到了理论比容量的99.4%、97.4%和98.9%(如图2),并且在3 C高倍率恒流充放电下循环310圈后比容量几乎无衰减,容量保持率高达87.7%(如图3),展示了超级的快充性能和优异的循环性能。
图2. 商用LiFePO4正极使用材启超级快充石墨烯导电剂
在10 C、15 C和20 C高倍率下的充放电速度图
图3. 商用LiFePO4正极使用材启超级快充石墨烯导电剂
在10 C、15 C、20 C和25 C高倍率下的循环性能图
材启创始人黎博士表示,导电剂的作用是提高电子电导率,降低内阻和极化,从而有效提高锂离子在电极材料间的迁移速率,提升电化学性能。材启超级快充石墨烯导电剂作为新型导电剂,以石墨烯独特的二维层状结构与活性物质呈面与点接触(如图4),极大的增加了与活性物质的接触面积,实现在电极上“长程”导电,保证电子的快速传输,实现锂离子电池极高倍率充电,同时最大化地发挥导电剂的作用,减少导电剂的用量,可更多地使用活性物质,提升锂离子电池容量。
图4. 商用LiFPO4/超级快充石墨烯导电剂/PVDF电极
以15 C高倍率循环370圈后的非原位FESEM图像
2. 超级快充石墨烯导电浆料
材启新材料将石墨烯配制成超级快充石墨烯导电浆料,以商用LiCoO2作为活性材料,超级快充石墨烯导电浆料作为导电剂,PVDF作为粘结剂制备电极,在5 C、10 C和15 C下测试高倍率性能。
在5 C倍率下恒流充电11 min比容量达164.2 mAh g-1,然后再进行恒压充电27 min比容量可达185.4 mAh g-1。
10 C倍率下恒流充电6 min比容量达158 mAh g-1,然后再进行恒压充电41 min比容量可达187.4 mAh g-1。
15 C倍率下恒流充电4 min比容量达140 mAh g-1,然后再进行恒压充电24 min比容量可达183 mAh g-1,(如图5)。
测试结果表明制备的电极展示了超级的快充性能,高倍率恒流充电部分的比容量已基本达到LiCoO2的实际比容量(约140 mAh g-1)。
图5. 商用LiCoO2正极使用材启超级快充石墨烯导电浆料
在5 C、10 C和15 C高倍率下的充放速度图
因此,从锂离子电池的上游材料导电剂来看,材启超级快充石墨烯导电剂性能更好,且更具备成本优势。
材启看准了超级快充导电剂的市场,材启超级快充石墨烯导电剂在超级快充上会促使新能源电池领域在材料级别的进一步突破,从而真正实现高倍率超级快充,缓解当下的 “充电焦虑”,提高充电效率,加速超级快充时代的到来。
「全文完」
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