新型碳添加剂Porocarb®：增强电子，离子和热量的传输

随着对锂离子电池需求的不断提升，锂离子电池往往需要进行大电流放电。因此这种高功率锂离子电池对电极的设计要求较高。为了加速电极中发生的三个重要传输过程：电子传输，离子传输和热量传输，电极内往往添加导电型的碳添加剂（比如碳黑（CB），碳纳米管（CNT）等等）来提升电极的电子电导，从而降低电池内阻，减缓电池升温和提升输出电压。对于如何提高电极内的离子传输，往往通过改进电解液，比如提高电解液的浸润性以及添加电解液添加剂等方法。

贺利氏开发的新型硬碳添加剂Porocarb（如图1所示）的设计理念是用高质量的大孔隙碳填补电极活性材料之间的部分空间。Porocarb能同时促进电极中的三个传输过程，为电极的设计提供了新颖方案。下面就来了解一下Porocarb是如何来促进这三个过程的。

图1. 单个Porocarb颗粒的照片（SEM照片；左侧） 以及内部的大孔隙（ FIB-截面图片；右侧 ）

1.1

Porocarb能优化电极内的电子传输

Porocarb的导电碳骨架可以：

缩短电子在局部不同活性物质颗粒之间的传输路径

与经典的CB或CNT等碳添加剂产生协同效应

通过将CB或CNT移至活性物质表面，使得碳添加剂的利用率达到最大化

从而添加一小部分Porocarb后能局部改进电极内导电碳网络的性能。

1.2

Porocarb能增强电极中的离子传输

Porocarb 内部互通的大孔隙网络可作为电解液的局部储液区和锂离子的传输路径。因此添加了Porocarb的电极可以

优化电极内的孔隙

降低电极的孔道迂曲度

提升离子在电极中的传输效率

增强电化学反应的均匀性

如图2所示，添加了Porocarb的磷酸铁锂（LFP）软包电池（绿色）比没有添加Porocarb的电池（黑色）的循环稳定性得到了显著提升。LFP软包电池的具体参数详见表1。

图2. LFP软包电池在55摄氏度1C电流条件下的循环性能测试

表1. LFP软包电池的参数表（电极涂布密度：120 g/m2，电极压实密度：2.3 g/cc，容量：3.3 Ah）

1.3

Porocarb 改善电极散热

具有内部互通的大孔隙Porocarb有着热交换器的特性。首先，与活性材料紧密接触的Porocarb提供了将热量从活性材料上传递出去的理想条件。其次，Porocarb内的弯曲孔道提高了将热量从固相转移到电解液的接触面积。因此，添加了Porocarb的电极能

促进局部的电解液形成对流，进而有效地将热量散开，避免热量局部聚集

更快速的将热量导出电池，从而降低电池在大电流放电时的温升速度（如图3所示）

图3. LFP软包电池在室温状态下10C电流放电时的温升曲线。

2.0

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