1. Warum benötigen Lithiumbatterien leitfähige Zusätze?
Leitfähige Additive sind die „Elektronenautobahn“ der Elektroden von Lithiumbatterien. Sie sind dafür verantwortlich, die von aktiven Materialien erzeugten Elektronen schnell zum Stromkollektor zu leiten und so den Innenwiderstand, die Stromstärke und die Zyklenlebensdauer der Batterie direkt zu bestimmen.
Kathodenmaterialien für Lithiumbatterien (z. B. Lithiumeisenphosphat und ternäre Materialien) weisen eine schlechte Eigenleitfähigkeit auf, daher müssen leitfähige Additive hinzugefügt werden, um ein effizientes Elektronentransportnetzwerk aufzubauen.
Die Auswahl und der Dispersionszustand leitfähiger Additive wirken sich direkt auf drei Kernindikatoren aus:
Innenwiderstand der Batterie:Unvollständiges leitfähiges Netzwerk → erhöhter Innenwiderstand → erhöhte Wärmeentwicklung
Rate-Fähigkeit:Unzureichende Effizienz des leitfähigen Additivs → begrenzte Kapazitätsleistung bei Hochstromentladung
Zyklusleben:Die Fähigkeit des leitfähigen Netzwerks, die Stabilität bei Volumenänderungen beim Laden und Entladen aufrechtzuerhalten
2. Kohlenstoffnanoröhren vs. Ruß: Drei wesentliche Vorteile
Kohlenstoffnanoröhren sind Ruß in Bezug auf die Leitfähigkeitsstruktur, die Zugabemenge und die langfristige Zyklenstabilität deutlich überlegen. Der Hauptunterschied liegt in der „Linienleitung“ vs. „Punktkontakt“.
2.1 Leitfähige Struktur: Punktkontakt vs. Linienkontakt
Ruß liegt als drei-dimensional verzweigte-Ketten-/Perlenpartikel vor, wobei leitende Pfade durch „Punktkontakt“-Überlappung zwischen Partikeln gebildet werden. Das Problem bei dieser Struktur besteht darin, dass die Punktkontakte leicht „auseinanderbrechen“ und das leitfähige Netzwerk zerstören können, sobald die Elektrode beim Laden und Entladen Volumenänderungen erfährt.
Kohlenstoffnanoröhren haben eine ein{0}dimensionale röhrenförmige Struktur mit einem ultra-hohen Seitenverhältnis, wodurch sie durch das Elektrodeninnere „durchdringen“ können, um einen kontinuierlichen und vollständigen Elektronentransportweg zu bilden. Dies entspricht der Verlegung einer „Elektronenautobahn“ in der Elektrode, die von der Teilchenverschiebung unbeeinflusst bleibt.
Vergleich der Strukturen von leitfähigem Ruß, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen als den drei wichtigsten leitfähigen Additiven:
| Vergleichsdimension | Leitfähiger Ruß | Kohlenstoffnanoröhren (CNT) | Graphen |
|---|---|---|---|
| Leitfähige Struktur | Drei-dimensionaler verzweigter Ketten-/Punktkontakt | Ein-dimensionale Leitungsleitung mit großer Reichweite- | Zwei-dimensionale planare Leitung |
| Leitfähigkeit | Gut | Exzellent | Oberste-Stufe |
| Optimale Zugabemenge | 0.5%-3% | 0.2%-1% | 0.1%-0.5% |
| Verarbeitbarkeit der Elektrode | Glatte Beschichtung | Leicht hohe Viskosität | Leicht zu agglomerieren |
| Kernpositionierung | Allgemeine Basisschicht | Hohe Rate, langer Zyklus | Ultimative Leitfähigkeit |
2.2 Zugabemenge: Ein-Drittel der Dosierung für bessere Ergebnisse
Die Zugabemenge an CNT-Leitpaste beträgt nur 0,5 %–1 %. Bei alleiniger Verwendung von leitfähigem Ruß beträgt die übliche Zugabemenge 2–3 %.
Das bedeutet: Durch die Verwendung von 1 Teil CNT können 2-3 Teile Ruß ersetzt werden, wodurch Platz gespart wird, der durch das leitfähige Additiv eingenommen wird, und es ermöglicht wird, mehr aktives Material in die Elektrode zu füllen – was die Energiedichte der Batterie direkt verbessert.
2.3 Radfahren und Sicherheit: Längere Batterielebensdauer, sicherer Betrieb
Eine Studie verglich die Leistung von CNT und Super P in Lithium-Eisenphosphat-Batterien:
| Leistungsindikator | Super-P-Formulierung | CNT-Formulierung |
|---|---|---|
| Batterieoberflächentemperatur bei 10 °C Entladung | 68 Grad | 49 Grad (reduziert um 19 Grad) |
| Dosierung des leitfähigen Additivs | Grundlinie | Nur 1/3 |
| Hohe-Temperaturwechsel bei 45 Grad | Grundlinie | Noch ausgezeichneter |
Die CNT-Formulierung verwendet nur 1/3 des leitfähigen Additivs, erreicht jedoch eine niedrigere Batterieoberflächentemperatur und eine bessere Leistung bei Hochtemperaturzyklen -, was sicherere und langlebigere Batterien bedeutet.
3. Shandong Tanfeng New Material: Ein hochwertiger Lieferant von CNT-Leitpasten
Die leitfähige Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Paste der Serie FB121 von Shandong Tanfeng New Material weist eine hervorragende Qualität mit Fe-Verunreinigungen von höchstens 30 ppm auf. Eine Zusatzmenge von nur 0,5 %–1 % ist erforderlich, um die Batterieleistung deutlich zu verbessern.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. bietet hochwertige leitfähige Pastenprodukte aus Kohlenstoffnanoröhren. Die Hauptparameter der Kernproduktserie FB121 sind wie folgt:
| Parameter | Spezifikation der FB121-Serie |
|---|---|
| Aussehen | Schwarze Paste |
| Solider Inhalt | 6.0±0.20% |
| CNT-Inhalt | 5.0±0.15% |
| Dispergiermittelgehalt | 1.0±0.05% |
| Viskosität der Paste | Kleiner oder gleich 3000 mPa·s |
| Feuchtigkeitsgehalt | Weniger als oder gleich 1000 ppm |
| Fe-Verunreinigung | Weniger als oder gleich 30 ppm |
| Cr/Ni/Cu/Zn/Co | Jeweils weniger als oder gleich 5 ppm |
Kernvorteile:
Hohe Reinheit:Fe-Verunreinigungen werden auf unter 30 ppm kontrolliert, deutlich besser als die Industriewerte
Stabile Dispersion:Verwendet ein einzigartiges Dispersionsverfahren, stabil für mehr als 3 Monate
Gebrauchsfertig:Für den Kundenkomfort sind sowohl NMP-basierte als auch wasserbasierte-Systeme erhältlich
Breite Anwendung:Bedient neue Energiefahrzeugbatterien, Energiespeicherbatterien und andere Bereiche
Bei einem CNT-Gehalt von 5 % können Kunden direkt 0,5 %-1 % hinzufügen, um leistungsstarke leitfähige Ergebnisse zu erzielen.
Zusammenfassung in einem-Satz:Der Hauptvorteil von Kohlenstoffnanoröhren im Vergleich zu Ruß besteht darin, „mit weniger mehr zu erreichen“ - die Zugabemenge von 3 % auf 0,5 % zu reduzieren und gleichzeitig einen geringeren Innenwiderstand der Batterie, stabilere Hochtemperaturzyklen und einen geringeren Temperaturanstieg während der Entladung zu erreichen. Die leitfähige Paste der Serie FB121 von Shandong Tanfeng New Material bietet die hochwertige Rohmaterialsicherheit für diese leitfähige Lösung mit „Punktliniensynergie“.