A) Elektromosan vezető szén

 

Szénalapú adalékanyagokat, mint amilyen a korom (carbon black) és a grafitpor, széles körben használnak a Li-ion-akkumulátorok pozitív és negatív elektródjaiban, hogy csökkentsék az elektródok és ezzel maga az akkumulátor belső elektromos ellenállását. Tehát a szénalapú adalékanyagokat az elektródtömeg elektromos (ohmikus) ellenállásának csökkentése érdekében adják hozzá az elektródkeverékéhez. Az adalékanyag nem vesz részt az elektrokémiai energiatárolási oxidációs-redukciós reakcióban, amely az elektrokémiai cella energiáját szolgáltatja. Az alkalmazott szén mennyisége általában a teljes elektródtömeg 10 tömegszázalékánál kevesebb. A korom a kis szemcseméretű, amorf állapotú szenek gyűjtőneve, amelyeket gázfázisban, szénhidrogének termikus bomlásával állítanak elő. Annak eldöntése, hogy melyik széntípust kell kiválasztani, alapvetően az akkumulátorcellára vonatkozó követelményektől és az elektródokban használt elektrokémiailag aktív anyagok típusától függ. A vezetőképes korom esetében kisebb szemcsemérete (néhány 10 nm-es mérettartomány) és összetett, igen laza aggregátumszerkezete együttesen okozza, hogy a vezető korom alacsonyabb térfogatsűrűséggel rendelkezik, mint a grafitpor. Az erősen strukturált szénhálózat lehetővé teszi, hogy a grafitporokhoz képest kisebb mennyiségű szénadalékot használjanak az elektródban. Ugyanakkor, összehasonlításképpen, a grafit nagyobb összenyomhatósága révén javíthatja az elektród sűrűségét.

 

B) Kötőanyagok

 

Az akkumulátorok összetevői közül a kötőanyag kulcsszerepet játszik az elektródok készítése során és az akkumulátor teljesítményének javításában. Az elektródokban lévő alacsony tömegarány (≤ 10 m/m%) ellenére a kötőanyag jelentős szerepet játszik az elektródok integritásának megőrzésében és a megfelelő elektrokémiai teljesítmény biztosításában. A kötőanyag fő funkciója az elektrokémiailag aktív anyag, az elektromosan vezető, általában szén adalékanyag és az áramgyűjtő fólia hármasának fizikai „összekapcsolása”. Az elektródok mechanikai stabilitását néhány tömeg% (ált. ≤10 m/m%) kötőanyag, például polivinilidén-difluorid (PVdF) vagy más nem fluorozott polimerek elektródkeverékhez történő hozzáadásával érik el. A kötőanyagokat az oldószerekben való oldhatóságuk alapján általában nemvizes (szerves oldószer) vagy vizes (sómentesített víz, mint oldószer) kötőanyagként osztályozzák. Továbbá a kötőanyagok a polimer főláncában lévő funkciós csoportok alapján fluorozott vagy nem fluorozott kategóriába sorolhatók. A fluorozott (nemvizes) kötőanyagok közé tartozik a PVdF és a politetrafluor-etilén (PTFE), míg a nem fluorozott (vizes) kötőanyagok közé a keményítő, a sztirol-butadién-gumi (SBR), a xantángumi, a karboximetil-cellulóz (CMC), a poliakrilsav (PAA) és a nátrium-alginát (SA). A PVdF, amely csak szerves oldószerben, általában N-metil-2-pirrolidonban (NMP) oldható, klasszikus példája a nemvizes kötőanyagnak és a Li-ion-akkumulátorcella-gyártó ipar széles körben alkalmazza. A kötőanyag molekulái és az elektródban található elektrokémiailag aktív anyagok között kialakuló kötések alapján a kötőanyagok „közvetlen” és „közvetett” kötésű kötőanyagokként is csoportosíthatók. A közvetlen kötés elérése érdekében a kötőanyagnak reaktív funkciós csoportokat kell tartalmaznia a polimer főláncon, például alkoholos hidroxil- (–OH) és/vagy karboxil- (–COOH) csoportokat (pl. zselatin, poliakrilát és karboximetil-cellulóz), hogy kötési lehetőséget hozzanak létre az elektrokémiailag aktív anyag részecskéinek felületével. A közvetett kötés esetén reaktív funkciós csoportok nem találhatók a polimer főláncon, mint például a fluorozott polimerek (PTFE, PVdF) esetében, így ebben az esetben a kötőanyag mechanikai/fizikai úton adszorbeálódik az aktív anyagok felületén. A közvetlen kötéshez viszonylag kisebb mennyiségű kötőanyagra van szükség a közvetett kötéséhez hasonló erősebb tapadás (adhézió) eléréséhez, ami a reaktív funkciós csoportokból eredő erősebb kötőerőnek tulajdonítható.