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高性能导电炭黑制造商

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碳纳米管和导电炭黑在锂电池中的应用有何区别?

来源: | 作者:导电炭黑 | 发布时间: 2024-11-12 | 95 次浏览 | 分享到:

导电性能方面

导电炭黑的导电性主要基于其颗粒间的接触导电,其电导率通常在S/cm 左右。它通过在电极材料中形成颗粒间的导电通路来实现电子传导。

导电炭黑的导电性能受其粒径、比表面积和结构等因素影响较大。例如,较小粒径和高比表面积的导电炭黑能够提供更多的接触点,有利于电子传导,但相较于碳纳米管,在相同添加量下,导电炭黑形成的导电网络可能不够连续和高效。

碳纳米管具有优异的轴向导电性,其电导率可达S/cm,这是由于其独特的结构,电子能够沿着碳纳米管的轴向快速传输。例如,单壁碳纳米管的导电性接近金属铜。在锂电池中,它可以在电极材料内部构建高效的导电通道,即使在较低的添加量下也能显著降低电极的内阻。

而且,碳纳米管能够在三维空间中相互连接,形成错综复杂的导电网络,使得电子能够在电极材料的各个方向有效传导,有利于提高电池在高倍率充放电时的性能。

碳纳米管:

导电炭黑:

对电极结构的影响方面

导电炭黑主要是填充在电极材料的空隙中,起到增加电子传导路径和改善电极材料压实密度的作用。它可以使电极材料颗粒之间的接触更加紧密,从而提高电子传导效率。

不过,由于导电炭黑本身没有像碳纳米管那样的支撑结构,对于抑制电极材料在循环过程中的体积变化的作用相对较弱。

碳纳米管具有较大的长径比,能够在电极材料中起到类似 “骨架” 的支撑作用。在锂电池电极的制备过程中,它可以防止活性材料在充放电过程中的团聚和体积膨胀。

例如,在硅基负极材料中,硅在嵌锂和脱锂过程中会发生巨大的体积变化,碳纳米管的存在可以有效缓冲这种体积变化,维持电极结构的稳定性,从而提高电池的循环寿命。

碳纳米管:

导电炭黑:

在电池成本方面

导电炭黑的生产工艺相对成熟,成本较低。大规模生产使得导电炭黑的价格较为亲民,在锂电池应用中,从成本角度考虑,是一种较为经济的导电剂选择。

碳纳米管的生产成本相对较高,尤其是单壁碳纳米管。这主要是因为其制备工艺复杂,例如化学气相沉积法(CVD)制备碳纳米管需要高温、催化剂等条件,并且产量有限。在锂电池中的应用会增加电池的材料成本。

碳纳米管:

导电炭黑:

分散性能方面

导电炭黑的颗粒相对较小,分散相对容易一些。但如果粒径过小,也会出现团聚现象。不过,通过常规的机械搅拌和一些简单的分散剂辅助,就可以在电极材料中实现较好的分散效果。

碳纳米管由于其长径比较大,容易相互缠绕和团聚,在电极材料中的分散较为困难。如果分散不均匀,会导致局部导电性能过强或过弱,影响电池性能的一致性。为了实现良好的分散,通常需要使用特殊的分散剂或者进行复杂的分散处理工艺,如超声分散、球磨分散等。

碳纳米管:

导电炭黑:

应用场景和效果方面

更适合应用于对成本敏感、对电池性能要求不是特别高的场景。例如,一些小型消费类电子产品的锂电池,如普通的充电宝、小型电子玩具等电池,导电炭黑可以满足基本的导电需求,同时能够有效控制电池成本。

在高能量密度、高倍率充放电要求的锂电池中应用优势明显。例如,在动力锂电池和一些高性能储能锂电池中,碳纳米管可以有效提高电池的快充性能和循环寿命,满足电动汽车快速充电和长续航的需求,以及储能系统的高效能量吞吐要求。

碳纳米管:

导电炭黑:

碳纳米管和导电炭黑在锂电池中应用的优势和劣势分别是什么?

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