中國(guó)粉體網(wǎng)訊 導(dǎo)電劑是鋰離子電池的關(guān)鍵輔材，對(duì)改善電池的導(dǎo)電性能、倍率性能、容量循環(huán)性能有著重要的作用。由于大部分正極材料活性物質(zhì)導(dǎo)電性差、內(nèi)阻較大，因此需要導(dǎo)電劑構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以提高電極材料活性物質(zhì)與集流體之間的導(dǎo)電性。
常用的鋰離子電池導(dǎo)電劑可以分為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（如炭黑、導(dǎo)電石墨、碳纖維等）和新型導(dǎo)電劑（如碳納米管、石墨烯及其混合導(dǎo)電漿料等）。
傳統(tǒng)導(dǎo)電劑：仍是目前主流導(dǎo)電劑
1 炭黑
導(dǎo)電炭黑因其粒徑小，比表面積特別大，同時(shí)在電池中可以起到吸液保液的作用，常被用于電池的導(dǎo)電劑。炭黑顆粒的高比表面積、堆積緊密有利于顆粒緊密接觸在一起，組成了電極中的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。目前商用鋰離子電池常用的顆粒狀導(dǎo)電炭黑 ( 如 Super P、乙炔黑等 ) 密度低、易團(tuán)聚，導(dǎo)電劑利用率低，而且“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的導(dǎo)電方式很難在正極材料顆粒間形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。需通過(guò)改善活物質(zhì)、導(dǎo)電劑的混料工藝來(lái)提高其分散性，并將炭黑量控制在一定范圍內(nèi)（通常是 1.5％以下）。
圖1炭黑原料 圖源：東海耀碳素（大連）有限公司
2 導(dǎo)電石墨
導(dǎo)電石墨也具有較好的導(dǎo)電性，常用的石墨導(dǎo)電劑有：KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15 等。其本身顆粒較接近活物質(zhì)顆粒粒徑，顆粒與顆粒之間呈點(diǎn)接觸的形式，可以構(gòu)成一定規(guī)模的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高導(dǎo)電速率的同時(shí)，用于負(fù)極時(shí)可提高負(fù)極容量。
3 碳纖維（VGCF）
導(dǎo)電碳纖維具有線性結(jié)構(gòu)，在電極中容易形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性，因而減輕電極極化，降低電池內(nèi)阻及改善電池性能。在碳纖維作為導(dǎo)電劑的電池內(nèi)部，活物質(zhì)與導(dǎo)電劑接觸形式為點(diǎn)線接觸，相比于導(dǎo)電炭黑與導(dǎo)電石墨的點(diǎn)點(diǎn)接觸形式，不僅有利于提高電極導(dǎo)電性，更能降低導(dǎo)電劑用量，提高電池容量。
新型電池導(dǎo)電劑：發(fā)展迅猛，未來(lái)可期
1 碳納米管（CNT）
CNT 可以分為單壁 CNT 和多壁 CNT，一維結(jié)構(gòu)的碳納米管與纖維類(lèi)似呈長(zhǎng)柱狀，內(nèi)部中空。利用碳納米管作為導(dǎo)電劑可以較好的布起完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，其與活物質(zhì)也是呈點(diǎn)線接觸形式，關(guān)于提高電池容量（提高極片壓實(shí)密度）、倍率性能、電池循環(huán)壽命和降低電池界面阻抗具有很大的用途。目前， 比亞迪、中創(chuàng)新航部分產(chǎn)品使用 CNT 作為導(dǎo)電劑， 經(jīng)反響具有不錯(cuò)的效果。碳納米管可分為糾纏式和陣列式兩種成長(zhǎng)狀態(tài)，無(wú)論是哪種形式其應(yīng)用于鋰離子電池中都存在一個(gè)問(wèn)題就是分散，目前可以通過(guò)高速剪切、添加分散劑、做成分散漿料、超細(xì)磨珠靜電分散等工藝解決。
圖2 多壁碳納米管原料 圖源：深圳飛墨科技有限公司
2 石墨烯
石墨烯作為新型導(dǎo)電劑，由于其獨(dú)特的片狀結(jié)構(gòu)（二維結(jié)構(gòu)），與活性物質(zhì)的接觸為點(diǎn)-面接觸而不是常規(guī)的點(diǎn)-點(diǎn)接觸形式，這樣可以最大化的發(fā)揮導(dǎo)電劑等用途，減少導(dǎo)電劑的用量，從而可以多使用活性物質(zhì)，提升鋰離子電池容量。但是由于其成本較高，分散困難、具有阻礙鋰離子傳輸?shù)缺锥松形赐耆还I(yè)化應(yīng)用。同時(shí)據(jù)研究表明小倍率下， 石墨烯導(dǎo)電劑與活性材料是“點(diǎn)對(duì)面接觸”，接觸效率更高，電池性能優(yōu)異 ; 大倍率下，石墨烯作為平面導(dǎo)電劑會(huì)阻礙鋰離子的運(yùn)動(dòng)，造成電池極化，嚴(yán)重影響電池性能。
3 二元、三元導(dǎo)電漿料
鋰離子電池的正負(fù)極材料導(dǎo)電性能都不理想， 這會(huì)影響電池的性能，在最新的研究進(jìn)展中，部分鋰離子電池選用的導(dǎo)電劑是碳納米管、石墨烯、導(dǎo)電炭黑之間兩者或三者的混合漿料。將導(dǎo)電劑復(fù)合做成導(dǎo)電漿料是工業(yè)應(yīng)用的需求，也是導(dǎo)電劑之間相互協(xié)同、激發(fā)用途的結(jié)果。
從“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”到“點(diǎn)對(duì)面”，
從單一原料到復(fù)合材料，
導(dǎo)電劑發(fā)展多元化
電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率極大地影響鋰離子電池的電化學(xué)性能，因此在電池電極材料中添加導(dǎo)電劑是必要的。傳統(tǒng)導(dǎo)電劑(炭黑類(lèi)、導(dǎo)電石墨類(lèi)和VGCF)的添加可以使電解質(zhì)和電極活性材料之間的接觸更充分，提高電極的離子和電子傳導(dǎo)。此外，還可以提供足夠的空間容納活性材料，減小體積變化引起的容量損失。因此，可以使電池獲得更高的可逆容量和更穩(wěn)定的循環(huán)性能。因其價(jià)格相對(duì)便宜，最先被廣泛用作鋰離子電池的導(dǎo)電劑。新型導(dǎo)電劑(碳納米管、石墨烯)具有更高的比表面積和更優(yōu)異的導(dǎo)電性。
碳納米管具有高長(zhǎng)徑比，這使其在形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)方面比納米碳粉更具優(yōu)勢(shì)。此外一維特性可以縮短電子沿纖維方向的傳輸，并促進(jìn)離子快速遷移，反過(guò)來(lái)又可提升高倍率電池性能。石墨烯具有二維層狀結(jié)構(gòu)，可以提供足夠的活性電化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)，在活性材料之間分散存在，可以構(gòu)成連續(xù)高效的“點(diǎn)對(duì)面”接觸模式導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電子快速傳輸提供長(zhǎng)程傳導(dǎo)路徑，提高容量循環(huán)性能。成本及性能的綜合考量下，復(fù)合導(dǎo)電劑是改善鋰離子電池電化學(xué)性能的理想方法。
利用不同的導(dǎo)體形成多種導(dǎo)電劑是鋰離子電池導(dǎo)電劑的一個(gè)發(fā)展方向，未來(lái)導(dǎo)電劑體系將逐步從單一化走向多元復(fù)合化。隨著新型納米材料的發(fā)展，將會(huì)有更多種類(lèi)的復(fù)合導(dǎo)電劑來(lái)制備高電化學(xué)性能的鋰離子電池。
參考來(lái)源：
徐丹，電池導(dǎo)電劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
文芳等，鋰離子電池中石墨烯導(dǎo)電劑分散方法的研究進(jìn)展
袁佩玲等，新能源電池領(lǐng)域?qū)щ妱┘夹g(shù)的研究與產(chǎn)業(yè)化
趙龍，石墨烯導(dǎo)電劑提升磷酸鐵鋰正極材料性能的研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除！
