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導(dǎo)電劑在固態(tài)電池中研究進(jìn)展?

2025-03-12 18:05:04
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  在能源需求日益增長的當(dāng)下,固態(tài)電池憑借高能量密度、良好等優(yōu)勢,成為電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。導(dǎo)電劑作為固態(tài)電池的關(guān)鍵組成部分,其應(yīng)用研究進(jìn)展對提升固態(tài)電池性能至關(guān)重要。

  提升電片導(dǎo)電性

  在固態(tài)電池電片中,導(dǎo)電劑發(fā)揮著構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵作用。以碳納米管為例,其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、高比表面積與良好機(jī)械性能。在固態(tài)電池電片制造時(shí),碳納米管可在活性物質(zhì)間以及活性物質(zhì)與集流體間搭建起導(dǎo)電通路,有效降低電片接觸電阻,加速電子遷移。特別是在硅基負(fù)片中,由于硅基材料本身導(dǎo)電性欠佳,且在鋰離子脫嵌過程中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌問題,碳納米管導(dǎo)電漿料的應(yīng)用優(yōu)勢顯著。其高機(jī)械強(qiáng)度能夠增強(qiáng)硅基負(fù)片穩(wěn)定性,彌補(bǔ)導(dǎo)電性不足,緩解結(jié)構(gòu)變化,進(jìn)而提升電池充放電性能與倍率性能 。導(dǎo)電炭黑也是常用的導(dǎo)電劑,在電池正、負(fù)片均有應(yīng)用。它憑借優(yōu)越的導(dǎo)電性能與高表面積,在電片內(nèi)部構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),提升電片電子傳輸能力,同時(shí)其豐富孔隙有助于吸收電解液,為鋰離子遷移提供通道,提高電池放電速率與循環(huán)穩(wěn)定性 。

導(dǎo)電劑

  改善電解質(zhì)性能

  部分導(dǎo)電劑可作為添加劑用于固態(tài)電解質(zhì),優(yōu)化其性能。例如,石墨烯獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)賦予其高電子遷移率與高理論比表面積等特性。將石墨烯添加到固態(tài)電解質(zhì)中,可提升離子電導(dǎo)率,還有助于壓制鋰枝晶生長。鋰枝晶是鋰離子電池充放電過程中產(chǎn)生的尖銳結(jié)構(gòu),易刺穿隔膜導(dǎo)致電池內(nèi)部短路,而石墨烯能夠利用自身特性,在一定程度上阻礙鋰枝晶的形成與生長,提高電池性與循環(huán)壽命 。此外,一些新型導(dǎo)電劑的研發(fā)致力于進(jìn)一步提升固態(tài)電解質(zhì)的離子傳輸效率。通過對導(dǎo)電劑微觀結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確調(diào)控,使其與固態(tài)電解質(zhì)更好地協(xié)同,促進(jìn)離子在電解質(zhì)內(nèi)部的快速移動(dòng),從而提升固態(tài)電池整體的充放電性能。

  優(yōu)化電池界面

  固態(tài)電池中,電片與電解質(zhì)間的界面穩(wěn)定性對電池性能影響重大。導(dǎo)電劑能夠改善界面狀況,增強(qiáng)電池性能。西安交通大學(xué)宋江選教授團(tuán)隊(duì)提出離子 - 電子混合導(dǎo)電粘合劑構(gòu)建三維載流子快速傳輸新策略。該粘合劑將原位還原的銀納米顆粒結(jié)合到富含醚鍵的高強(qiáng)度聚合物中,為鋰離子和電子建立導(dǎo)電通路,解決了硫化物固態(tài)電池大規(guī)模制備和循環(huán)壽命難題。這種方式避免了高成本、空氣敏感的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的使用,電片加工還可兼容傳統(tǒng)鋰離子電池生產(chǎn)線,降低成本 。在電池界面處,導(dǎo)電劑還能降低界面電阻,促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移,使得電池在充放電過程中,電片與電解質(zhì)間的離子和電子傳輸更加順暢,提升電池充放電效率與穩(wěn)定性。

  當(dāng)前,導(dǎo)電劑在固態(tài)電池電片、電解質(zhì)及界面等方面的應(yīng)用研究取得了諸多成果,有效提升了固態(tài)電池的各項(xiàng)性能。但隨著固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程推進(jìn),仍需深入研究導(dǎo)電劑與其他電池材料的兼容性,開發(fā)更有效、低成本的導(dǎo)電劑及應(yīng)用技術(shù),以滿足未來能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換的需求,推動(dòng)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展 。


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導(dǎo)電劑
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