LiFePO4材料以其優(yōu)異的安全性能而著稱，是目前實(shí)際應(yīng)用的鋰離子電池正極材料中唯一能夠通過(guò)擠壓、針刺等嚴(yán)苛的安全實(shí)驗(yàn)的鋰離子電池材料，這主要得益于其穩(wěn)固的橄欖石結(jié)構(gòu)，穩(wěn)固的P-O鍵極大的增加了材料的熱穩(wěn)定性，提高了磷酸鐵鋰材料的熱失控的溫度，大大提高了LiFePO4材料的安全性能，也提升了材料的循環(huán)性能，因此LiFePO4材料鋰離子電池被廣泛的應(yīng)用在電動(dòng)大巴等對(duì)安全性能要求較高的領(lǐng)域。
但是磷酸鐵鋰材料也存在著許多的問(wèn)題，例如電子電導(dǎo)率低，電壓低等問(wèn)題，為了克服這些問(wèn)題，人們提出了多種方案，例如LiFePO4顆粒納米化和表面包覆等方案，在一定程度是解決了LiFePO4材料電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率低問(wèn)題。但是為了提高LiFePO4材料的電池的倍率性能和循環(huán)性能，不僅僅需要提升材料本身的性能，還需要從電極的成分配比等方面入手，共同解決LiFePO4材料導(dǎo)電性差的問(wèn)題。
鋰離子電池的電極主要由四大部分組成：活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體，其中只有活性物質(zhì)能夠?yàn)殡姵靥峁┤萘?，因此需要盡可能的增加活性物質(zhì)在整個(gè)電池中所占的比例。導(dǎo)電劑主要增加電極的導(dǎo)電性，粘結(jié)劑主要是將電極的幾種組分粘接在一起，因此為了降低電極的電阻，又需要增加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的用量，兩者相互平衡和制約。為了解決提升活性物質(zhì)占比和提升電極導(dǎo)電性的矛盾，一個(gè)可行的辦法是開(kāi)發(fā)具有導(dǎo)電能力的粘結(jié)劑，在起到粘接作用的同時(shí)也能夠解決電子導(dǎo)電的問(wèn)題。
近日中科院廣州能源研究所的Haoxiang Zhong等人開(kāi)發(fā)了一款具有導(dǎo)電能力的新型粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑主要包含羧甲基殼聚糖(CCTS)作為粘結(jié)劑，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)- 聚苯乙烯磺酸(PEDOT：PSS)作為導(dǎo)電劑。
采用PEDOT：PSS材料能夠在電極內(nèi)部形成連續(xù)的均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并能夠降低了導(dǎo)電劑炭黑的應(yīng)用，從而提升電極的壓實(shí)密度。采用PEDOT：PSS導(dǎo)電劑的LiFePO4電池表現(xiàn)出了更好的循環(huán)性能和倍率性能。
PEDOT：PSS因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)電性，熱/化學(xué)穩(wěn)定性而被廣泛的應(yīng)用在鋰離子電池領(lǐng)域，例如Si負(fù)極電池等。Haoxiang Zhong將PEDOT：PSS與CCTS結(jié)合，應(yīng)用在LiFePO4材料電極上，并研究了PEDOT：PSS與炭黑之間的替代關(guān)系，發(fā)現(xiàn)PEDOT：PSS與炭黑之間的重量比例為1：1時(shí)電池表現(xiàn)出最好的倍率和循環(huán)性能。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下，首先將PEDOT：PSS分散在CCTS溶液中，然后再與LiFePO4、炭黑和粘結(jié)劑(SBR)混合，然后涂布再鋁箔上進(jìn)行后續(xù)的電化學(xué)測(cè)試。
測(cè)試發(fā)現(xiàn)采用PEDOT：PSS導(dǎo)電劑的電極要比只采用炭黑導(dǎo)電劑的阻抗要低(100Sm-1：526Sm-1)，同時(shí)極片的壓實(shí)密度也從1.5g/cm3提升到了1.7g/cm3，同時(shí)極片的剝離強(qiáng)度也得到了明顯的提升，從0.17N/cm提升到了0.23N/cm。電化學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，采用PEDOT：PSS導(dǎo)電劑的電極比能量為155mAh/g，循環(huán)100次容量保持率為100%，電壓平臺(tái)為3.4V。同時(shí)采用PEDOT：PSS導(dǎo)電劑的電極表現(xiàn)出了更加優(yōu)秀的倍率性能，3C的比容量可達(dá)113mAh/g，5C倍率下可達(dá)93mAh/g。
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