Was sind die Vor- und Nachteile einer leitfähigen Paste für Lithium-Ionen-Batterien?

Die leitfähige Lithiumionenbatteriepaste ist hauptsächlich eine leitfähige Paste auf Kohlenstoffbasis und umfasst leitfähigen Ruß, leitfähigen Graphit, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen und eine gemischte Aufschlämmung davon. Im Allgemeinen werden Ruß und Graphit als herkömmliche leitfähige Pasten bezeichnet, und Kohlenstoffnanoröhren, Graphene und gemischte Pasten davon werden als neuartige leitfähige Pasten bezeichnet.

Leitfähiger Ruß

Leitfähiger Ruß ist derzeit die am häufigsten verwendete leitfähige Paste für Lithiumionenbatterien. Ruß ist ein amorpher Kohlenstoff. Unter dem Rasterelektronenmikroskop ist es ketten- oder traubenartig. Es ist leicht und locker, hat eine kleine Partikelgröße (D50 = 40Na), eine große spezifische Oberfläche und eine schlechte Dispersion in der Aufschlämmung. Es ist leicht zu agglomerieren und hat eine starke Ölabsorption. Da der leitende Ruß kein gutes leitendes Netzwerk bilden kann, ist die Leitfähigkeit relativ schlecht und der Widerstand ist hoch und es ist leicht zu polarisieren. Wenn ein Polstück aus leitfähigem Ruß hergestellt wird, wird es daher häufig in Kombination mit Materialien wie Graphit, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen verwendet.

Gegenwärtig umfassen die auf dem Markt verkauften leitfähigen Ruße hauptsächlich SuperP, SuperS, 350G, Acetylenschwarz, Ketjenschwarz (CarbonECP, CarbonECP600JD) und dergleichen.

Leitfähiger Graphit

Graphit ist ein Kristall mit einer hexagonalen Schichtstruktur, relativ grob (D50 = 3-6 um), etwas weniger leitfähig als leitfähiger Ruß, aber mit besserer Kompressibilität und Dispergierbarkeit. Daher wird der leitende Graphit im Allgemeinen in Kombination mit dem leitenden Ruß verwendet, was nicht nur die Dispergierbarkeit des leitenden Mittels verbessert, die Polarisation des Polstücks verringert, sondern auch die Redoxfähigkeit der Elektrode und die Lade- und Entladeleistung verbessert der Batterie.

Gegenwärtig umfassen die leitfähigen Graphite auf dem Markt hauptsächlich KS-6, KS-15, SFG-6, SFG-15 und dergleichen.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) können in einwandige Kohlenstoffnanoröhren und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren eingeteilt werden und sind in den letzten Jahren neu entwickelte leitfähige Materialien. Kohlenstoffnanoröhren und lebende Materialien liegen in Punkt-Kontakt-Form vor, die nicht nur als "Blei" im leitenden Netzwerk fungiert, sondern auch einen elektrischen Doppelschichteffekt hat, der die Elektrolytabsorption verbessert, die Batteriekapazität, die Geschwindigkeitsleistung und den Batteriezyklus verbessert Lebensdauer und Verringerung der Batteriepolarisation wirken sich positiv aus und sind ein ideales leitfähiges Material. Der Nachteil von Kohlenstoffnanoröhrenmaterialien besteht jedoch darin, dass sie nicht leicht dispergierbar sind. Daher werden Ruß im Allgemeinen Ruß zur Verwendung in Kombination zugesetzt.

Derzeit ist die Tiannai Company ein führendes Unternehmen in der Forschung und Entwicklung sowie in der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren in China.

Graphen

Graphen hat eine blattartige Struktur, steht in Oberflächenkontakt mit dem aktiven Material und weist eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit auf. Bei Verwendung als leitfähiges Mittel kann die Menge des leitenden Mittels verringert werden. Die blattartige Struktur von Graphen behindert jedoch auch die Diffusion von Lithiumionen, was zu einer Abnahme der Batterieratenleistung führt. Aufgrund seiner hohen Kosten wurden die Nachteile der Dispersion und die Behinderung der Lithiumionendiffusion nicht vollständig industrialisiert. Daher wird Graphen derzeit im Allgemeinen zur Verwendung zu Ruß gegeben.

Derzeit stellen Qingdao Haoxin, Shenzhen Nanoport, Shandong Yuhuang, Xiamen Kaina und viele andere Unternehmen Graphen-Leitpaste her.

Gemischte leitfähige Paste

Gemischte leitfähige Paste ist die Paste, die durch Mischen von Kohlenstoffnanoröhren, Graphen und leitendem Ruß gebildet wird. Der Zweck der Verwendung einer gemischten leitfähigen Paste besteht darin, Synergie, Komplementarität und Anregung zwischen den leitenden Mitteln auszuüben. Natürlich wird das Problem der Dispersion der gemischten Aufschlämmung stärker ausgeprägt sein.

Die Vor- und Nachteile mehrerer leitfähiger Pasten existieren nebeneinander, und bestimmte Entscheidungen müssen umfassend berücksichtigt werden. In der Praxis ist Ruß aufgrund der Kosten und der Prozessreife immer noch das am häufigsten verwendete leitfähige Material in Lithium-Ionen-Batterien. Kohlenstoffnanoröhren und Graphene sind die Lieblinge der neuen Ära und stehen für neue Hoffnungen. Mit den gemeinsamen Anstrengungen von wissenschaftlicher Forschung, Unternehmen und Finanzinstituten haben sie gute Ergebnisse in der wissenschaftlichen Forschung und in praktischen Anwendungen erzielt. Die kombinierten Verwendungskosten von Kohlenstoffnanoröhren und Graphen behindern jedoch die industrielle Chargenverwendung. Am Ende werden wir abwarten, wer in Zukunft den Mainstream der leitfähigen Paste für Lithium-Ionen-Batterien anführen wird.

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