碳纳米管和乙炔黑对LiCoO2阴极倍率放电性能的影响.pdf

2011年第19卷
合成化学
Vol.19,2011
第1期,102~-105
Chinese Journal of Synthetic Chemistry
No,1,102~105
研究简报?
碳纳米管和乙炔黑对工iCoO2阴极倍率放电性能的影响
张庆堂2,彭エ厂2,于作龙2,程美臻2
(1.兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050;
2.中国科学院成都有机化学研究所,四川成都610041)
摘要:分別以多壁碳纳米管( MWCNTS)和乙炔黑(AB)为导电剂,比较了它们对锂离子电池 Licoo2阴极的倍
率放电性能的影响。结果表明: MWCNTS的粉体或水性悬浮物作导电剂时, Licoo2阴极的倍率放电性能差别
较大; MWCNT结晶度高于AB,但团聚比AB严重,粉体在电极片中局部聚集,水性悬浮物在电极片中均匀分
散。AB的粉体或水性悬浮物作导电剂时, Licoo2阴极的倍率放电性能差别很小;其粉体或水性悬浮物都实现
了在电极中的均匀分散。
关键词:导电剂;多壁碳纳米管;乙炔黑;锂离子电池
中图分类号:0612.4;TM912.9
文献标识码:A
文章编号:1005-1511(2011)01-0102-04
Effect of Carbon Nanotubes and Acetylene Black on
the Rate Behavior of Licoo, Cathode
ZHANG Qing-tang
PENG Gong-chang
2 YU Zuo-long
QU Mei-zhen
(1. School of Petochemical Egineering, Lanzhou Univesity of Technology, Lanzhou 730050, China;
2. Chengdu Institute of Oaic Emis, Chinese Academy of Science, Chengdu 610041, China)
Abstract Effect of Mmulti-walled carbon nanotubes(M CNTS )and acetylene black(AB )on the
rate behavior of Iicoo cathode are compared. The results show that rate behavior of Licoo, cathode
loaded with MW CNTS suspension are much better than that of Licoo, cathode loaded with MWCNT
wders, while the rate behavior of [icoo, cathode loaded with AB suspension are nearly same a
that of Co cathode loaded with AB powder. MWCNT possess better crystallinity than AB, and
are more agglomerate than AB. M W CNTS powders partly disperse in the cathode, while MWCNTS
aqueous suspensions disperse well in the cathode. The AB powders or aqueous suspensions both
diperse well in the cathodes
Keywords conductive additives; multwalled carbon nanotubes; acetylene black; lithium-ion
作为锂离子电池的重要组成部分,导电剂很10-2S·cm1~10-9s?cm~1
大程度上影响着锂离子电池阴极活性物质的电化
导电剂的作用就是形成包裹阴极活性物质的
学性能的发挥。锂离子电池阴极活性物质的导电有效导电网络,从根本上改善其导电能力,使锂离
性一般都很差,为半导体甚至是绝缘体,电导率仅子电池阴极活性物质的电化学性能得到有效发
收稿日期:2010-07-08
基金项目:兰州理工大学博士启动基金资助项目(SBD5200902)
作者筒介:张庆堂(1976-),男,汉族,河南新野人,博土,副教授,主要从事惺离子电池材料的研究。Tel,0931297364,
E-mail:zhqt137@163.com
万方数据
第1期
张庆堂等:碳纳米管和乙炔黑对 Acoo2阴极倍率放电性能的影响
挥。锂离子电池常用的导电剂一般为纳米导电材1.2材料表征及电化学性能测试
料,有乙炔黑(AB)], Super P,气相生长碳纤
用恒电流充放电方法测定模拟电池在不同充
维]和碳纳米管等。这些材料在阴极活性材电放电倍率下的比容量,测定电压3.0V~4.3
料中均匀分散是锂离子电池制造工艺的一个关键V。称取蓬松状的 MWCNTS和AB的粉体各2g,
技术。相对而言,颗粒状的导电材料如AB,Su-放在烧杯中拍取数码照片;称取相同质量的
perP等相对容易分散,可以采用传统的机械搅拌 MWCNTG和AB的粉体,制备成质量分数1%的水
与阴极活性材料混合,目前电池厂多采用这一工性悬浮液,在烧杯中放置6d,拍取数码照片。用
艺。与颗粒状导电材料相比,多壁碳纳米管 Philips X'pert MPD型X射线粉末行射仪(Cu靶
( MWCNTS)晶体结构好,导电性高,能够形成导电Ka射线)确定 MWCNT和AB的晶体结构。用
性好的复合电极(活性材料、粘接剂和导电剂的JEOL5900LV扫描电子显微镜观察AB, MWCNTS
复合物); MWCNTS长径比大,能够在电极中形成在 Licoo2阴极中分散情况。
比颗粒状导电材料有效的导电网络“],此外,纤
维状的 MWCNTS形成导电网络在充放电的膨胀
2结果与讨论
收缩循环过程中,仍能够维持复合电极的良好导2.1放电倍率性能比较
电性·?。然而,纤维状 MWCNTS由于管间存在
以AB粉体或水性悬浮物作导电剂,测定Li-
着很强的范徳华力作用,难于分散,采用直接机械CoO2阴极不同充电放电倍率下的放电比容量,结
搅拌不能解决其分散问题, MWCNTS在锂离子电果见图1。由图1可见,与粉体相比,在不同充电
池中的应用目前仍在研究和推广之中。
放电倍率下,AB水性悬浮物作导电剂的 Licoo2
本文尝试从导电剂分散行为的角度,比较了阴极的放电比容量都稍高。AB的水性悬浮物作
AB和 MWCNT对LCoO2阴极的倍率放电性能导电剂,AB预先在去离子水中分散了,有利于和
的影响。
Licoo2颗粒均匀混合,所以制备的电极电化学性
1实验部分
能稍好。两者电化学性能接近,从一个侧面说明
了,只是通过简单的搅拌作用,AB的粉体就可以
1电极片的制备及电池组装
实现与LiCo02比较均匀的混合。
称取一定质量的 MWCNTS(管径50nm~70
MWCNTS作导电剂的 Licoo2阴极在不同倍
mm)或者AB,放入小烧杯中,加人去离子水,超声率下的放电比容量比较见图2。由图2可见,与
波振荡30min制成质量分数2%左右的悬浮液。粉体相比,在不同的充电放电倍率下,用 MWCNTS
将