中國粉體網(wǎng)訊 導電劑是鋰離子電池的關(guān)鍵輔材，對改善電池的導電性能、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)導電性差、內(nèi)阻較大，因此需要導電劑構(gòu)成導電網(wǎng)絡以提高電極材料活性物質(zhì)與集流體之間的導電性。
常用的鋰離子電池導電劑可以分為傳統(tǒng)導電劑（如炭黑、導電石墨、碳纖維等）和新型導電劑（如碳納米管、石墨烯及其混合導電漿料等）。
傳統(tǒng)導電劑：仍是目前主流導電劑
1 炭黑
導電炭黑因其粒徑小，比表面積特別大，同時在電池中可以起到吸液保液的作用，常被用于電池的導電劑。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，組成了電極中的導電網(wǎng)絡。目前商用鋰離子電池常用的顆粒狀導電炭黑 ( 如 Super P、乙炔黑等 ) 密度低、易團聚，導電劑利用率低，而且“點對點”的導電方式很難在正極材料顆粒間形成良好的導電網(wǎng)絡。需通過改善活物質(zhì)、導電劑的混料工藝來提高其分散性，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 導電石墨
導電石墨也具有較好的導電性，常用的石墨導電劑有：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接觸的形式，可以構(gòu)成一定規(guī)模的導電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，提高導電速率的同時，用于負極時可提高負極容量。
3 碳纖維（VGCF）
導電碳纖維具有線性結(jié)構(gòu)，在電極中容易形成良好的導電網(wǎng)絡，表現(xiàn)出較好的導電性，因而減輕電極極化，降低電池內(nèi)阻及改善電池性能。在碳纖維作為導電劑的電池內(nèi)部，活物質(zhì)與導電劑接觸形式為點線接觸，相比于導電炭黑與導電石墨的點點接觸形式，不僅有利于提高電極導電性，更能降低導電劑用量，提高電池容量。
新型電池導電劑：發(fā)展迅猛，未來可期
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似呈長柱狀，內(nèi)部中空。利用碳納米管作為導電劑可以較好的布起完善的導電網(wǎng)絡，其與活物質(zhì)也是呈點線接觸形式，關(guān)于提高電池容量（提高極片壓實密度）、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 作為導電劑， 經(jīng)反響具有不錯的效果。碳納米管可分為糾纏式和陣列式兩種成長狀態(tài)，無論是哪種形式其應用于鋰離子電池中都存在一個問題就是分散，目前可以通過高速剪切、添加分散劑、做成分散漿料、超細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
石墨烯作為新型導電劑，由于其獨特的片狀結(jié)構(gòu)（二維結(jié)構(gòu)），與活性物質(zhì)的接觸為點-面接觸而不是常規(guī)的點-點接觸形式，這樣可以最大化的發(fā)揮導電劑等用途，減少導電劑的用量，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)化應用。同時據(jù)研究表明小倍率下， 石墨烯導電劑與活性材料是“點對面接觸”，接觸效率更高，電池性能優(yōu)異 ; 大倍率下，石墨烯作為平面導電劑會阻礙鋰離子的運動，造成電池極化，嚴重影響電池性能。
3 二元、三元導電漿料
鋰離子電池的正負極材料導電性能都不理想， 這會影響電池的性能，在最新的研究進展中，部分鋰離子電池選用的導電劑是碳納米管、石墨烯、導電炭黑之間兩者或三者的混合漿料。將導電劑復合做成導電漿料是工業(yè)應用的需求，也是導電劑之間相互協(xié)同、激發(fā)用途的結(jié)果。
從“點對點”到“點對面”，
從單一原料到復合材料，
導電劑發(fā)展多元化
電子電導率和離子電導率極大地影響鋰離子電池的電化學性能，因此在電池電極材料中添加導電劑是必要的。傳統(tǒng)導電劑(炭黑類、導電石墨類和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。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。因其價格相對便宜，最先被廣泛用作鋰離子電池的導電劑。新型導電劑(碳納米管、石墨烯)具有更高的比表面積和更優(yōu)異的導電性。
碳納米管具有高長徑比，這使其在形成有效的導電網(wǎng)絡方面比納米碳粉更具優(yōu)勢。此外一維特性可以縮短電子沿纖維方向的傳輸，并促進離子快速遷移，反過來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反應位點，在活性材料之間分散存在，可以構(gòu)成連續(xù)高效的“點對面”接觸模式導電網(wǎng)絡，為電子快速傳輸提供長程傳導路徑，提高容量循環(huán)性能。成本及性能的綜合考量下，復合導電劑是改善鋰離子電池電化學性能的理想方法。
利用不同的導體形成多種導電劑是鋰離子電池導電劑的一個發(fā)展方向，未來導電劑體系將逐步從單一化走向多元復合化。隨著新型納米材料的發(fā)展，將會有更多種類的復合導電劑來制備高電化學性能的鋰離子電池。
參考來源：
徐丹，電池導電劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
文芳等，鋰離子電池中石墨烯導電劑分散方法的研究進展
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，石墨烯導電劑提升磷酸鐵鋰正極材料性能的研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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