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【原创】【2020先进电池材料论坛】高镍体系下的粘结剂与导电剂“新配方”
粘结剂| 导电剂 文章来源自:高工锂电网
2020-09-01 09:23:43 阅读:8326
摘要好的粘结剂,不仅有利于电池能量密度的提高,对于电池内阻也有明显的降低作用,对电池的电化学性能也具有重要的影响。

正极浆料由活物质、导电剂、粘结剂及溶剂组成。粘结剂是正极浆料中重要的组分,粘结剂将各种颗粒粘接在一起,形成了具有粘附性的浆料,将其与金属箔紧密粘接在一起。

好的粘结剂,不仅有利于电池能量密度的提高,对于电池内阻也有明显的降低作用,对电池的电化学性能也具有重要的影响。

粘结剂分为水系和油系粘结剂,对应的溶剂有水系的去离子水和油系的NMP溶剂。

目前正极材料中常用的粘结剂主要为PVDF,该类粘结剂需要加入NMP溶剂配合使用。而当正极材料选择高镍体系时,随着容量增大,材料中的残碱含量也变得越来越高,PVDF在强碱环境下,将产生分解反应,造成氟化氢脱离,使浆料凝胶;同时,高镍正极表面会发生部分副反应,将造成二次粒子崩溃,导致电池中导电性下降。

在此情况之下,业内正在研发新型粘结剂以替代传统产品,进一步实现锂电池性能提升。

而作为影响锂电池性能的关键辅材,导电剂的创新与发展备受行业关注。

目前,锂电池领域常用的导电剂材料包括炭黑类、导电石墨类、VGCF(气相生长碳纤维)、碳纳米管以及石墨烯等。

从应用趋势来看,行业正在不断探寻结合炭黑、碳纳米管和石墨烯的复合导电剂配方方案,锂电池添加剂将以复合导电剂材料为主。而具体到单类导电剂材料中,企业也在不断寻求突破。

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在2020先进电池材料集群产业发展论坛上,清华大学深圳国际研究生院副教授贺艳兵在“锂电池粘结剂和导电剂与固态电池研究”主题演讲中指出,介绍了清华大学与日本大金企业在新型粘结剂和导电剂方面的研发进展。

贺艳兵指出,在高镍材料体系下,普通的锂电池粘结剂已经无法满足提升电池性能和安全性的需求。

对此,贺艳兵介绍了清华大学与日本大金公司合作研发的一款新型粘结剂VW770,其性能与传统的PVDF5130型号相比,NCM811体系+VW770在循环性、极片柔韧性、浆料稳定性倍率性、高低温存储及放电测试性能等方面都拥有较好的表现。

在导电剂方面,清华大学与日本大金公司合作研发了一种单壁CNT导电剂,在NMC622/LCO材料上进行测试表现出优异的性能。

以扣式电池-NMC622体系为例,多壁添加1%的效果与添加单壁0.04%的膜片电阻相近;添加0.08%单壁CNT+0.4%SP的浆料最稳定。从循环结果得出,0.08%单壁CNT+0.4%SP与1%多壁CNT循环性能最佳。

而在扣式电池-LCO体系方面,单壁CNT的LCO电池倍率性能优于SP和多壁CNT,高电压LCO组别采用0.06%单壁CNT+0.4%SP复合导电剂具有较好的性能。

贺艳兵表示,单壁CNT导电浆料相比对比组多壁CNT和SP导电剂浆料在极片电阻和粘接性方面都有优势。


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