2018年4月12日-13日,由中国化学与物理电源行业协会和南开大学主办的2018高能量密度锂离子锂电池新型导电添加剂高峰论坛在天津市赛象大酒店举行,非常荣幸能够跟随刘老师去参加这次论坛,并学习高比能电池导电剂方面的相关知识,接触行业最新的动态信息。
本次会议对高比能锂离子电池导电剂做了非常详尽的阐述,涉及机理探究、材料设计以及工艺选择。首先是天津大学的杨全红教授作了题为用于锂电池的石墨烯导电剂:缘起、现状和展望的报告。杨教授指出,碳导电剂对于锂离子电池是必不可少的,但大量非活性、轻组分的碳导电剂降低了电池的能量密度,成为动力电池发展的瓶颈,因此要解决低碳含量高导电率的矛盾。杨教授认为,至柔至薄的石墨烯作为导电剂可以解决这一问题。“柔情抚夜珠,玉锦构通途,诚谙薄烯意,高能至密输”这是杨教授对石墨烯构成的导电网络饱含诗意的描述。近几年杨教授对石墨烯导电剂的应用作了大量的研究,发现片层结构的石墨烯在电极材料中在起到增加电导率的作用的同时,还会阻碍锂离子的传输,特别是在磷酸铁锂这种粒子半径较小的电极材料中更为明显,这就是石墨烯离子位阻效应。离子的位阻效应对电极厚度具有依赖性,点击厚度决定了离子传输路径的长短,在快速充放电过程中需要良好的电子电导和离子传输过程。杨教授指出,目前石墨烯作为导电剂还存在的问题是石墨烯在浆料中的分散问题,如果将这一问题解决并将石墨烯大规模应用于锂离子电池,导电剂的用量将减少50-80%,电池体积能量密度能提高5-8%。
接下来是是由天津力神电池股份有限公司的王琳经理做的题为新型导电剂在锂离子电池中的应用的报告。王经理在报告开始的时候指出了自己的观点,正极、负极、电解液、导电剂、粘结剂这些都是电化学体系中一员,是为体系服务的,脱离开体系谈材料是没有意义的。然后介绍了商业化锂离子电池制作的一般流程,以及重要环节。紧接着谈到了力神公司研制出的几种碳导电添加剂,通过比较了几种导电剂的物理化学参数,以及在实际电池应用的电池性能的比较,得出不同的导电剂会对电池性能产生较大影响,导电剂分散程度的好坏严重影响电池的循环容量的发挥。随后又对比了碳导电剂表面官能团的多少对电池性能的影响,合理的官能团数量可以使导电剂容易分散,官能团数量过少会导致导电剂难分散,官能团数量过多会影响导电性,导致循环容量跳水。最后王经理对石墨烯作为导电剂的优缺点作了详细的介绍,优点:石墨烯可以大幅度降低电极的体电阻率,同时可以作为润滑剂提高电极材料的压实密度。缺点:石墨烯浆料稳定性差,难分散:片层的石墨烯阻碍了锂离子的传输,以及高温下容易产气的问题。然后是东莞塔菲尔新能源有限公司的袁威经理做的题为先进导电剂在高能量密度电池中的应用的报告。首先就传统导电剂与先进导电剂各项物理化学性能作了对比,阐述了碳纳米管、石墨烯新型导电剂在正负极材料中应用的优点,最后介绍了新型导电剂与传统导电剂复合使用,不仅可以构建良好的导电网络,还可以节约成本。
天津捷威动力公司的马华工程师指出,导电剂分散情况是能否保证浆料稳定性的关键,采用合理的匀浆工艺可以使导电剂充分分散,并且减少了导电剂的流动性,使导电剂均匀的分散在活性物质表面改善了正极材料导电性。采用不同类型的导电剂进行复合有利于发挥各自的结构优点,提高电化学性能,改善电性能。集流体导电涂层处理技术可减少非活性物质的用量负极导电涂层涂覆改善了负极粘结能力,降低了电池温升,提高了循环寿命。
南开大学化学学院牛志强研究院指出,导电剂的存在还可以影响电解液在电池体系内的分布,由于受锂离子电池的空间限制,注入的电解液量是有限的,一般是处于贫液状态,而电解液作为电池体系内部连接正负极的离子体,其分布对锂离子在液相中的迁移扩散有着至关重要的影响。当一端电极中导电剂含量过高时,电解液富集在这一极而使另一极的锂离子传输过程缓慢,极化度较高,在反复循环后易于失效,从而影响电池的整体性能。导电剂的含量只需达到一个最佳值,而不是越大越好,太多就会使电极密度减小,电池容量下降,如果太少则会导致电极中活性材料利用率不高,且在较高倍率下的放电性能会有所降低。由此可以看出,不同种类的活性物质在粒径、形貌及其自身的化学性质方面差别较大,不同的导电剂对其导电能力也产生很大不同,不可能存在一种导电剂对任何的电极材料都能起到优异的导电能力,因此在实际生产应用中,要根据所选用的活性物质来选择出最适用的导电剂以及添加量。
关于学术前沿动态、学术思想以及相关的知识的学习是本次参会的主要目的,从会议报告中我听取到了一些新的思想、观点和研究方法等,这些对于我开展科研工作帮助很大。此外,相同的信息以怎样的方式传播也是传播过程中的重要一环,学术成果以何种方式传播也决定了其传播的广泛程度以及对社会的影响力。 总之,拓宽思维,增强对研究领域及相关领域的了解,巩固语言基础,提升信息整合能力,是未来研究生生活中的重点。最后非常感谢刘老师、田老师给我机会参加本次会议,收获良多。