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作为新型导电剂材料的碳纳米管和石墨烯，尤其是碳纳米管作为一维的碳材料，具有较大的长径比，在电极材料中CNT可以形成较为完整的三维导电网络。它凭借着优异的导电性能可以用作电极材料的导电剂，而且通过少量的碳纳米管添加就可以构成整个体系的导电网络，可以显著提高磷酸铁锂的比容量及循环稳定性。但是，目前碳纳米管作为导电剂还有很多方面需要改良，不同厂家的碳纳米管导电液改善效果有所差异。本文利用本公司自主开发的碳纳米管导电液产品优势，将其替代SuperP用在18650电池正极材料作为导电添加剂，对比讨论采用SuperP和碳纳米管作为导电剂用于电池领域并改善电池电化学性能的效果影响。碳纳米管导电液；正极材料LiFePO4；负极材料采用人造石墨；隔膜选用厚度为20μm的单层PE膜；采用1mol/L LiPF6/EC+DMC+EMC（体积比1：1：1）为电解液；PVDF；SuperP；铝箔选用厚度16um的铝箔。先将一定量的PVDF加入到搅拌容器中，然后按照比例要求边搅拌边加人NMP溶剂，搅拌至PVDF完全溶解均匀后，再按比例加人SuperP或碳纳米管导电液，并搅拌3h。随后再逐步添加LiFePO4粉末，并保持真空状态下继续搅拌6h后，采用150目筛网进行过滤，收集浆料。将所得的浆料进行涂布铝箔烘干后得到极片。在18650电池中，使用纯SP批次的磷酸铁锂正极片组成为：m(LiFePO4) : m(PVDF) ：m(Super P)=95 :2.5：2.5，标识为1-SP。使用碳纳米管导电液批次的磷酸铁锂正极片组成为：m(LiFePO4）：m(PVDF) : m(Super P) : m(CNT)=96.5 : 2.5 : 0.5 :0.5，标识为2-CNT。先将一定量的CMC2200加入到搅拌容器中，然后按比例加人去离子水，搅拌至CMC2200完全溶解均匀后，逐步加人SP、SFG、石墨粉料，快速搅拌3h，搅拌过程中保持真空，结束后加入SBR，并保持真空状态下中速搅拌30min，采用150目筛网过筛，收集浆料。将所得的浆料进行涂布。在18650电池中，负极极片组成为：m(石墨）：m(SFG)：m(Super P)：m(CMC2200)：m(SBR)=94.4 : 1 : 2 : 1 : 1.6。将正极浆料1-SP和2-CNT分别涂布在铝箔上，经过涂布烘箱烘干后即得到正极极片；负极浆料涂覆在铜箔上，经过涂布烘箱烘干即得到负极极片。将所制的正极片和负极片分别进行分切后，放人真空烘箱110℃烘烤24h。按照电池设计方案及生产工艺要求，将真空干燥后的极片制成18650型锂离子电池。化成：首先将电池在0.02C倍率下进行恒流充电，充电时间为4h。再将电池在0.1C倍率下恒流充电6h。分容：先将电池在0.5C倍率下恒流充电，充电截止电压为3.65V，再恒压充电至电流0.03C；将电池搁置10min后，在0.5C倍率下恒流放电，放电截止电压为2.00V；上述0.5C充放电步骤进行5次。再将电池搁置10min后，1C倍率下恒流充电，截止电压为3.65V，再恒压充电至电流0.03C；将电池搁置10min后，在1.0C倍率下恒流放电，放电截止电压为2.00V；上述1C充放电步骤同样进行5次。循环性能测试：将电池在0.5C倍率下恒流充电，充电截止电压为3.65V，再恒压充电至电流0.03C；将电池搁置10min后，在0.5C倍率下恒流放电，放电截止电压为2.00V；上述0.5C充放电步骤进行2次。再将电池搁置10min后，1C倍率下恒流充电，截止电压为3.65V，再恒压充电至电流0.03C；将电池搁置10min后，在1.0C倍率下恒流放电，放电截止电压为2.00V。上述1C充放电步骤循环500次后，停止测试。倍率性能测试：将电池在0.5C倍率下恒流充电，充电截止电压为3.65V，再恒压至电流0.03C，然后在不同倍率下进行放电（0.2、0.5、1、3、5C），放电截止电压为2.0V。不同温度放电测试：首先将电芯在常温（25℃）下1C恒流充电至3.65V，再恒压充电至电流0.03C。搁置10min后，再在常温下0.2C恒流放电至2.0V，记放电容量为C1。再将电芯在常温下1C恒流充电至3.65V，再恒压充电至电流0.03C，再分别在60、45、25、0、-10、-20℃下存储8h后直接以0.2C恒流放电至2.0V，记放电容量为C2。不同温度放电容量保持率等于C2/C1。自放电测试：将电芯以1C恒流充电至3.65V，再恒压充电至电流0.03C。搁置10min后，1C恒流放电至2.0V，记录放电容量为C1。将电芯以1C恒流充电至3.65V，再恒压充电至电流0.03C，静置4h后测电池的电压和内阻。然后将电芯放人高温箱，分别在60℃下贮存7天、85℃贮存4h。从高温箱取出电芯静置1h后测试电芯的电压和内阻。将电芯以1C恒流放电至2.0V，记录放电容量为C2；再将电芯1C充放电循环3次，依次九路放电容量为C3、C4、C5。容量保持率等于C2/C1；容量恢复率等于C5/C1。在本文中除非特殊说明，一般采用在25±2℃下，以不同倍率的电流充电至3.65V。然后恒压至0.03C，搁置10min。再以不同倍率的电流恒流放电至2.0V截止。充放电测试的设备采用的是5V20A电池检测设备。用扫描电镜观测样品的表面形貌。用四探针测试仪测试样品的体积电阻率。图1是SuperP和碳纳米管导电液分别分散在磷酸铁锂正极浆料中获得的正极极片1-SP和2-CNT的SEM扫描电镜图。由图1可以看出，两种导电剂的正极极片1-SP和2-CNT颗粒均匀分散，均未出现明显的团聚等现象。SP为零维颗粒导电炭，为<100nm的颗粒状物体，分散在磷酸铁锂颗粒表面，形成导电网络，由于导电炭黑为纳米级颗粒，只有部分正极颗粒间才有SP的连接，没有形成完整的导电网络，主要为短程导电。而CNT为一维管状结构，管径在20nm以下，均匀分散在磷酸铁锂表面，而CNT长度为微米级，可形成长程导电。
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表1为使用SP和CNT分别作为导电剂的极片及电池理化性能。由表1可以看出，2-CNT分容后内阻以及极片电阻均明显低于1-SP，采用CNT作为导电剂的极片性能远优于SP作为导电剂的极片性能，这主要是由于碳纳米管作为导电剂，其形成的导电网络更加充足，同时CNT可显著提高磷酸铁锂的电子电导率，使得电子的传输更快。同时，由表1也明显看出，使用CNT作为导电剂，极片的剥离力也相对更高，这是由于CNT长度较SP更长，对极片的结构有明显的加强作用。
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表2为使用SP/CNT分别作为导电剂的18650电池的电化学性能。图2为使用SP/CNT分别作为导电剂的18650电池的1C充放电曲线。
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由表2可以看出，使用SP/CNT作为导电剂，两者电池的0.5、1C充放电比容量以及首次效率均差异不大。但是，使用CNT作为导电剂，电池的中值电压相对更高，恒压比相对更小，这主要是由于CNT在磷酸铁锂中形成更为丰富的导电网络，提高了磷酸铁锂颗粒之间以及LiFePO4表面与集流体间的电子电导，从而极大地降低了因电子在电极中的局部积累而产生的极化，从而有利于其电量的有效放出，因此展现出更加优异的性能。
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由图2可以明显看出，其1C充放电比容量差异不大。可以看到使用CNT为导电剂，其放电电压平台相对略高，充电电压平台相对略低，这是由于使用CNT作为导电剂，其电池的极化相对更低。这与前述分析一致。2.3.2 不同导电剂对18650电池放电性能的影响本实验在不同的倍率下测试18650电池的放电比容量，旨在研究SP/CNT两种不同导电剂对电池放电性能的影响，不同倍率放电容量保持率结果如图3所示。
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磷酸铁锂电池的放电性能受到导电剂的影响，由图3可以看出，在0.5C小电流放电时，两种导电剂的放电容量保持率性能基本相同，但是随着放电电流的增大，相较于1-SP，2-CNT的优势能够从图3中明显表现出来。结果表明，使用CNT作为导电剂，其倍率放电性能较使用SP作为导电剂更优，这与前述分析一致，主要因为CNT的导电性更强，能在电极中形成更充足的导电网络，减小充放电过程中电极的极化，从而提高电池的大倍率性能。2.3.3 不同导电剂对18650电池循环性能的影响图4为使用SP/CNT分别作为导电剂的18650电池的1C循环性能，可以看到，1C循环700次，分别使用CNT、SP作为导电剂，其容量保持率分别为98.46%、97.64%，使用CNT作为导电剂表现出更加优异的循环性能。
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图5为不同温度条件对电池放电性能的影响，在低温度区间，电池容量存在较大差异，随着温度升高，差异一定程度上会逐渐减小。通过图5可以看出，在温度25~60℃范围内，1-SP和2-CNT的放电容量较高，它们的放电容量保持率基本相当。
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但是随着温度不断下降，在0~-20℃，它们的放电容量保持率表现出差异，2-CNT放电保持率优于1-SP。在0℃以下CNT作为导电剂的电池（1-CNT）有着较好的低温1C放电性能，其容量保持率高于使用SP作为导电剂的电池。因此使用CNT作为导电剂，其不同温度放电性能较使用SP作为导电剂更优，这与前述分析一致，主要为CNT形成的导电网络更加充足，电池的极化相对更小。表3为1-SP和2-CNT制作的电池放入高温箱中在60℃、7d以及85℃、4h两种条件下搁置后测试的存储性能。
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由表3可以看出，采用CNT作为导电剂，在60℃搁置7d和85℃搁置4h其容量保持率、容量恢复率及内阻变化率均较使用SP作为导电剂更优。在85℃搁置4h后，2-CNT容量保持率98.8%，容量恢复率达100.2%，且存储后内阻变化率低至1.9%。碳纳米管导电剂的加人，大大降低了电极的极化，不仅降低了电池的充放电阻抗，同时可以确保电极的热稳定性。1)以碳纳米管导电液作为锂电池正极导电剂的极片形成了更为丰富的导电网络，降低了电池的极化，能够使电池内阻明显减小。相较于SuperP作为导电剂应用电池中展现出了更加优异的电化学性能，用CNT作为导电剂的18650电池的1C循环700次，电池容量保持率达到98.46%，明显高于SP为正极导电剂的电池2）采用CNT作为导电剂，低温1C放电性能测试结果表明，以CNT为导电剂的电池有着较好的低温1C放电性能。其电池在85℃、4h搁置烘烤下电池容量保持率、容量恢复率以及内阻变化率均优于使用SP作为导电剂。因此碳纳米管导电液的加入，不仅提高了导电性能，降低电极的极化，同时确保了电极的存储性能的稳定。文献参考：黄少真,林菊香,李承献,李忻达.碳纳米管导电液对磷酸铁锂18650电池性能的影响[J].当代化工,2023,52(11):2584-2588言质有锂知识星球本周更新动态：
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