涂碳铝箔对磷酸铁锂电池性能的影响

研究背景

  电池配方设计和制备工艺对磷酸铁锂电池的性能起着关键性的影响。涂碳铝箔是一种能很好改善正极活性物质和箔材接触界面的集流体，本文就涂碳铝箔涂碳层对磷酸铁锂电池性能的影响进行了全面的评估和分析。

创新点及解决的问题

1、涂碳层种类对磷酸铁锂电池性能的影响；

2、不同种类涂碳层对电池性能提升的机理。

重点内容导读

  1、涂碳浆料中的粘结剂不导电，炭黑颗粒与箔材间靠粘结剂连接，如果炭黑涂层过厚，炭黑颗粒阻隔在磷酸铁锂颗粒与铝箔之间，对导电性将会有负面影响；留白区域磷酸铁锂颗粒与箔材直接接触，导电性好；涂层中炭黑颗粒填充在磷酸铁锂颗粒与箔材之间的三角区域内，增加箔材与活性材料颗粒之间的接触面积，从而降低接触内阻，提升粘结力。石墨烯片层平铺在铝箔表面，所需粘结剂用量相较于炭黑颗粒更少，导电性更佳。

  2、涂碳铝箔可改善活性材料与铝箔的接触方式：有弹性的碳层缓解了刚性材料颗粒与箔材的应力，提升材料附着能力，并有效填充在球状颗粒与箔材未直接接触的缝隙，提升导电能力。

  3、使用了涂碳铝箔的电池常温和高温存储性能优于使用光铝箔电池，而石墨烯涂层对改善电池常温存储性能效果较为突出。

  4、使用了涂碳铝箔的电池倍率和低温性能较使用光铝箔的电池均有所提升。

  5、涂碳层对电池的大电流循环能力提升明显，而涂石墨烯铝箔对提升高功率循环能力有较好作用，得益于铝箔表面平铺的石墨烯帮助电子在极片平面方向的传导，提升了大电流传输和热传导能力。

图1   FP-Ta，FP-Tb和FP-Tc的电化学阻抗谱及其等效电路：(a) FP-Ta和FP-Tb；(b) FP-Tc

结论

   本文分别对涂炭黑铝箔，涂石墨烯铝箔和光铝箔进行了形貌表征，并以其为正极集流体制作扣电和软包电池，全面评价了不同种类箔材对磷酸铁锂电池性能的影响：涂碳铝箔能显著降低磷酸铁锂电池的内阻，改善活性物质与箔材的接触以及电流在极片内部的传导，从而提升电池的倍率、低温、循环和储存性能。涂石墨烯铝箔电池在大电流时性能优于普通涂炭黑铝箔，主要原因是石墨烯在范德华力的作用下平铺在铝箔表面，减少了制作涂石墨烯铝箔时导电浆料中粘结剂的用量，导电性能好；石墨烯片层良好的导电性能提升电子在平行于极片方向的传导，降低大倍率充放电时的内阻，提升电池大电流循环能力。

团队介绍

  第一作者：李敏(1989-)，博士，中级工程师，从事锂离子电池体系研究，E-mail:[e-mail].

  通讯联系人：相佳媛(1984-)，博士，正高，从事锂离子电池系统研究，E-mail: [e-mail]

引用本文：                                 

  李敏, 相佳媛, 杨东辉, 王羽平, 陈冬, 陈建, 涂江平. 涂碳铝箔对磷酸铁锂电池性能的影响[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1714-1719.

  Min LI, Jiayuan XIANG, Donghui YANG, Yuping WANG, Dong CHEN, Jian CHEN, Jiangping TU. Effect of carbon-coated Al foil on properties of lithium iron phosphate batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(6): 1714-1719.