作者丨何足道 編輯丨何足道
目前,提高鋰離子電池倍率性能的方法主要包括材料選擇、配方優(yōu)化、電池結(jié)構(gòu)的選擇、提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率、降低鋰離子電池的內(nèi)阻等。其中,在正極活性材料內(nèi)部添加高電導(dǎo)率的導(dǎo)電劑,可降低活性材料與正極基體/集電器之間的接觸電阻,并提高正極材料的電導(dǎo)率,提高倍率性能。
與鋰離子電池的傳統(tǒng)導(dǎo)電劑相比,石墨烯導(dǎo)電劑具有更加優(yōu)異的導(dǎo)電性(石墨烯的理論電導(dǎo)率為106S/m)和超快速的二維平面?zhèn)鬟f特性,以及非常小的堆積密度。材啟研發(fā)的超級快充石墨烯導(dǎo)電劑有望改變充電慢的行業(yè)現(xiàn)狀,加速超級快充時代的到來。
具體的,電極分別以10 C、15 C和20 C超高倍率充電,在300 s、240 s和180 s時充電比容量分別可達152.2 mAh g-1、144.1 mAh g-1和145.1 mAh g-1,此時充電比容量分別已達理論比容量的89.5%、84.7%和85.3%,然后再以0.1 C低倍率恒壓充電,分別繼續(xù)充電15 min、11 min和13 min后充電比容量高達169 mAh g-1、165.6 mAh g-1和168.2 mAh g-1,此時充電比容量分別達到了理論比容量的99.4%、97.4%和98.9%(如圖2),并且在3 C高倍率恒流充放電下循環(huán)310圈后比容量幾乎無衰減,容量保持率高達87.7%(如圖3),展示了超級的快充性能和優(yōu)異的循環(huán)性能。
圖2. 商用LiFePO4正極使用材啟超級快充石墨烯導(dǎo)電劑
在10 C、15 C和20 C高倍率下的充放電速度圖
圖3. 商用LiFePO4正極使用材啟超級快充石墨烯導(dǎo)電劑
在10 C、15 C、20 C和25 C高倍率下的循環(huán)性能圖
材啟創(chuàng)始人黎博士表示,導(dǎo)電劑的作用是提高電子電導(dǎo)率,降低內(nèi)阻和極化,從而有效提高鋰離子在電極材料間的遷移速率,提升電化學(xué)性能。材啟超級快充石墨烯導(dǎo)電劑作為新型導(dǎo)電劑,以石墨烯獨特的二維層狀結(jié)構(gòu)與活性物質(zhì)呈面與點接觸(如圖4),極大的增加了與活性物質(zhì)的接觸面積,實現(xiàn)在電極上“長程”導(dǎo)電,保證電子的快速傳輸,實現(xiàn)鋰離子電池極高倍率充電,同時最大化地發(fā)揮導(dǎo)電劑的作用,減少導(dǎo)電劑的用量,可更多地使用活性物質(zhì),提升鋰離子電池容量。
圖4. 商用LiFPO4/超級快充石墨烯導(dǎo)電劑/PVDF電極
以15 C高倍率循環(huán)370圈后的非原位FESEM圖像
2. 超級快充石墨烯導(dǎo)電漿料
材啟新材料將石墨烯配制成超級快充石墨烯導(dǎo)電漿料,以商用LiCoO2作為活性材料,超級快充石墨烯導(dǎo)電漿料作為導(dǎo)電劑,PVDF作為粘結(jié)劑制備電極,在5 C、10 C和15 C下測試高倍率性能。
在5 C倍率下恒流充電11 min比容量達164.2 mAh g-1,然后再進行恒壓充電27 min比容量可達185.4 mAh g-1。
10 C倍率下恒流充電6 min比容量達158 mAh g-1,然后再進行恒壓充電41 min比容量可達187.4 mAh g-1。
15 C倍率下恒流充電4 min比容量達140 mAh g-1,然后再進行恒壓充電24 min比容量可達183 mAh g-1,(如圖5)。
測試結(jié)果表明制備的電極展示了超級的快充性能,高倍率恒流充電部分的比容量已基本達到LiCoO2的實際比容量(約140 mAh g-1)。
圖5. 商用LiCoO2正極使用材啟超級快充石墨烯導(dǎo)電漿料
在5 C、10 C和15 C高倍率下的充放速度圖
因此,從鋰離子電池的上游材料導(dǎo)電劑來看,材啟超級快充石墨烯導(dǎo)電劑性能更好,且更具備成本優(yōu)勢。
材啟看準(zhǔn)了超級快充導(dǎo)電劑的市場,材啟超級快充石墨烯導(dǎo)電劑在超級快充上會促使新能源電池領(lǐng)域在材料級別的進一步突破,從而真正實現(xiàn)高倍率超級快充,緩解當(dāng)下的 “充電焦慮”,提高充電效率,加速超級快充時代的到來。
「全文完」
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