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                            一文讀石墨烯碳能潤滑油對電子傳導的改善

                            文章來源:碳能潤滑油 人氣: 發表時間:2017-11-22

                                   一文讀石墨烯碳能潤滑油對電子傳導的改善, 除自身的物理性質(良好的電子電導率)及結構 (平面二維)特點外, 石墨烯導電劑的高效性還跟其與活性材料顆粒獨特的接觸模式有關. 本課題組率先提出如圖2的石墨烯柔性“面-點”接觸導電網絡機理圖.。

                               考慮到不同鋰離子電池正極體系的特性有差別, 對于導電劑的需求量也不盡相同, 本課題組針對不同鋰離子電池正極體系(包括LFP, LCO, NCM)系統考察了石墨烯導電劑在實驗室工況下的最優使用量, 并與使用其他導電劑進行了對比, 探討了基于“面- 點”接觸模式石墨烯導電劑具有的優勢.
                               可以看出, 1%石墨烯的引入相較于碳黑也可以發揮明顯的導電效果, 在1 C下的循環性能要優于使用3%碳黑的電池性能. 在LCO和NCM體系中, 石墨烯最優使用量小于LFP體系的原因是活性物質的尺寸差異. LFP顆粒的粒徑(300 nm~1m)遠低于LCO和NCM(粒徑約10m), 所以前者比表面積更高, 需要相對較多的石墨烯才能在電極內部構建有效的導電網絡.
                            碳能GL-5齒輪油18L黑色桶效果圖倒影.jpg
                               石墨烯導電劑的使用可以在很大程度上減少導電劑的用量,從而有效提高鋰離子電池體積能量密度.目前鋰離子電池對體積能量密度的要求遠比質量能量密度迫切.導電劑在電池內部不能提供容量,但是由于其密度較輕,即使用量很小也會占據很大的電極空間,在很大程度上減少了整個體系的體積能量密度.以導電炭黑為例,其密度一般為0.4 g/cm3,遠小于LFP的2.0~2.3 g/cm3和LCO的3.8~4.0g/cm3. 理論上講, 每減少1%的導電碳黑就相當于增加了約5%的LFP或7%~10%的LCO,可以大幅提高整個體系的體積能量密度.
                                在電極內部構建導電網絡時, 如果能夠綜合利用石墨烯與碳黑的“面-點”和“點-點”接觸模式, 可以在使用更少石墨烯的前提下進一步提高正極活性材料的性能發揮.事實上,在實際鋰離子電池制備過程中, 為了綜合利用不同導電劑的優勢,在更大程度上綜合提高電池性能,也往往將兩種不同導電材料(導電碳黑與導電石墨或碳納米管)組成二元導電劑使用,在電極的不同尺度上同時建立導電網絡.如Kim課題組將碳黑與導電石墨作為LCO的導電劑; Fan課題組將碳黑與碳納米管引入到LCO體系; Sotowa等人將碳黑與碳納米管用于LFP體系等(圖4). 由于不同尺度的導電劑可以分別從電極的不同層次上構建協同導電網絡,所以效果 優于單一導電劑的情形.
                                石墨烯和導電碳黑的接觸模式之間存在著良好的互補效應,可以在電極內部同時建立“長程”和“短程”導電網絡.石墨烯導電劑雖然可以在較少的使用量下通過片層之間的搭接構建良好的導電網絡, 大幅度提高整個電極的電導率; 但是具體到每個活性材料顆粒上,石墨烯片層不能完全覆蓋整個顆粒表面,電子在“面-點”接觸之外部分裸露表面上的傳輸顯然會相對滯后.
                               為適應潤滑油市場國際化競爭需要,我公司以企業的可持續發展為目標,努力構筑潤滑油行業更優秀、更敬業的市場開拓團隊,力爭培育高端化和專業化的潤滑油民族品牌,為公司以及碳能石墨烯潤滑油合作商共同開創在未來發展的無限空間。
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