碳纳米管导电剂在三元锂离子电池中的分析与研究

碳纳米管导电剂在三元锂离子电池中的分析与研究
碳纳米管导电剂在三元锂离子电池中较为常见，是影响电池性能的重要因素，本文将通过实验分析的方法，对碳纳米管导电剂的相关问题做进一步研究，并全面总结了碳纳米管导电剂的重要作用与应用等问题，进一步加深了相关人员对三元锂离子电池的认识，对于全面提高电池性能具有重要意义。

标签：碳纳米管；导电剂；三元锂离子电池；负极材料
前言：近几年我国动力电池产业快速发展，尤其是在新能源政策出台的大背景下，动力电池将会在未来社会扮演重要角色，因此研究出高能性、高寿命的电池已经成为相关人员工作的重要内容。

导电剂是三元锂离子电池的重要组成部分，对电池的循环稳定、容量发挥等性能产生直接影响。

因此，为了能够进一步提高電池性能，就需要重视对导电剂的研究，寻找一条未来锂离子电池发展的新路径。

一、实验分析
1.1电池的制作
在本次研究中，所采用的电池组装为CR2016扣式半电池，正极为全电池正极配方，采用N-甲基吡咯烷酮为溶剂，在完全溶解聚偏氟乙烯之后，加入导电剂高速分散，最后，加成正极活性物质，在确定电池充分合浆后，采用涂布机均匀涂覆在铝箔上，并在通过烘干、冲片后，实际成为正极极片，以金属锂为负极极片。

1.2实验过程
在按照上文介绍的方法制作电池之后，在电池性能测试系统与输力强电化学阻抗测试仪上来分析电池的性能。

二、实验结果分析
2.1不同导电剂对电池性能的影响
在按照上文所介绍的方法开展电池性能实验分析之后，发现不同导电剂对电池性能的影响较为明显，其中通过在实验分析不同导电剂在0.5C充放电曲线之后，实验结果可以发现在NCM111体系中，CNT导电浆料作为导电剂放电所发挥的比容量最大值约为166nAh/g，而相比之下，若采用传统导电剂（导电剂的比SP/Ks的比例为2：1），其放电比容量不足160nAh/g，并且复合导电剂、纯石墨烯电池的放电比容量更低，考虑出现这一现象的原因可能为：石墨烯等材料普遍为二维片层结构，因此在将其应用到电池上之后，这种结构将会紧紧依附在正极材料表层，这种现象会直接影响的穿透性能，导致出现较为严重的极化。

同时
本次试验研究中也发现，纯石墨烯不适合单独作为导电剂，本次试验结果发现，实验放电曲线在3.4V位置附近出现了一个较为明显的电压平台，发现导致电压平台出现的主要原因是少量元素从“+4”向“+3”转变，而引发这一现象的原因就是正极材料中含有少量其他晶形的三元材料造成的。

2.2不同管径CNT对电性能的影响
试验结果发现，不同管径的CNT也会对电池的电性能产生直接的影响，根据图1的相关资料可以发现，在0.2C0.5C1C等倍率下，5nm的CNT比容量要明显大于其他管径。

其中在3C时的比容量达到了107nAh/g，这一数值要明显高于其他其中管径。

考虑出现这一结果的原因为，管径越小，则导电剂的比表面积越大，并且与正极材料之间的接触点越多，因此在较小的管径下，电池的导电网络越结实，保证了导电剂的吸液量，主低于增强穿透性具有重要意义，有助于增强电池性能。

三、对实验结果的拓展分析
本次研究中，通过开展三元锂离子电池实验，对纳米管导电剂的作用、性能等进行了研究，从研究结果可以发现，纳米管导电剂直接影响三元锂离子电池性能，这应该成为相关人员重点关注的问题，并且不同导电剂、小管径CNT都会直接影响电池性能。

就目前情况而言，相关学者针对锂离子电池性能的问题进行了研究，并且对导电剂的影响进行了研究。

其中马宇凡等[1]在相关问题的研究中，分别选择碳纳米管、炭黑以及复合导电剂进行了分析，分析结果显示，原始碳纳米管的杂质数量相对较少，并且杂质的直径相对均匀，约为200nm，但是存在长度不相同的问题，从几微米甚至几百微米的规格都有，并且具有典型的平直结构，基本没有发现弯曲的现象；炭黑的直径普遍为50-70nm，并且其规格较为更均匀，但是由于碳纳米管之间会出现较为明显的Van de Waals力相互作用的问题，因此会形成从几纳米到几百纳米的管间孔，而在比较这些导电剂对电池性能的影响之后，最终结果显示，不同导电剂的影响存在明显差异，其中碳纳米管导电剂对电池的导电性最理想。

也有研究[2]指出，在电化学研究过程中，添加了复合导电剂的天然石墨球负极材料其充放电性能更加明显，要优于单一的碳纳米管或者炭黑负极材料等，并且复合后的炭黑、碳纳米管、石墨等在充放电过程中都表现出了较为理想的协同效应，通过化学充放电试验，可以发现首次循环库伦效率比出现数据差异，其中碳纳米管/石墨导电剂点击最高，达到92.1%，而单纯的碳纳米管导电剂的复合点击循环库伦比相对较低，仅为85.1%，因此根据这一结果可以判断，为了能够进一步提高碳纳米管导电剂性能，在未来工作中将以碳纳米管为主的复合型导电剂应用到三元锂离子电池中，以获得更理想的电池性能。

结论：本文通过实验分析的方法，对碳纳米管导电剂对三元锂离子电池的影响进行了研究，最终研究结果显示，不同碳纳米管导电剂将会直接影响三元锂离
子电池性能。

因此对相关人员而言，在未来工作中，应该通过不同的碳纳米管导电剂配合来获得更理想的电池性能，让动力电池可以满足未来社会生产的要求。

参考文献：
[1]马宇凡，盛雷梅.锂离子电池导电剂多壁碳纳米管的制备与性能研究[J].化工新型材料，2016，44（01）：43-45.
[2]王国平，张庆堂，瞿美臻，等.纳米级碳导电剂的种类对LICoO2电化学性能的影响[J].应用化学，2016，23：1385一1390.
[3]柯昌春，李劼，张治安，等.碳纳米管作导电剂对LiFePO_4锂离子电池性能的影响[J].中南大学学报（自然科学版），2018，42（05）：1202-1208.。