中國(guó)粉體網(wǎng)訊  就目前商品化鋰離子電池體系來(lái)說(shuō)，限制性能的因素主要來(lái)源于導(dǎo)電性能，尤其是正極材料的導(dǎo)電性能不足直接限制了電化學(xué)反應(yīng)的活性，需要加入適宜的導(dǎo)電劑提升材料的導(dǎo)電性，構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電子傳輸提供快速通道，保證活性物質(zhì)得到充分利用，所以相對(duì)于活性物質(zhì)，導(dǎo)電劑同樣是鋰離子電池中的一種不可或缺的材料。

導(dǎo)電劑的性能很大程度上取決于材料的結(jié)構(gòu)和其與活性物質(zhì)接觸的方式。常用的鋰離子電池導(dǎo)電劑具有如下特性：

（1）炭黑的結(jié)構(gòu)性是以炭黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來(lái)表示的，顆粒細(xì)、網(wǎng)狀鏈堆積緊密、比表面積大、單位質(zhì)量顆粒多，有利于在電極中形成鏈?zhǔn)綄?dǎo)電結(jié)構(gòu)。作為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑的代表，炭黑是目前使用最為廣泛的導(dǎo)電劑。缺點(diǎn)是價(jià)格高，難以分散。

（2）導(dǎo)電石墨的特點(diǎn)是粒徑接近正負(fù)極活性物質(zhì)的粒徑，比表面積適中，導(dǎo)電性良好，它在電池中充當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，在負(fù)極中，它不僅可以提高電極的導(dǎo)電性，而且可以提高負(fù)極的容量。

（3）Super P-Li的特點(diǎn)是粒徑小，和導(dǎo)電碳黑差不多，但是比表面積適中，特別是它在電池中以支鏈形式存在，對(duì)行成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)十分有利，缺點(diǎn)是難以分散。

（4）碳納米管是近幾年興起的導(dǎo)電劑，它一般管徑在5納米左右，長(zhǎng)度在10-20微米，不僅能夠在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)“導(dǎo)線”的作用，同時(shí)它還具有雙電層效應(yīng)，發(fā)揮超級(jí)電容器的高倍率特性，其良好的導(dǎo)熱性能還有利于電池充放電時(shí)的散熱，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能，延長(zhǎng)電池的壽命。

碳納米管作為導(dǎo)電劑，可與各種正極材料搭配使用，提高材料/電池的容量、倍率、循環(huán)等性能�？纱钆涞恼龢O材料包括：LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、聚合物正極、Li3V2(PO4)3、錳氧化物等。

相比其它常見(jiàn)的導(dǎo)電劑，如碳黑、乙炔黑、碳纖維等，碳納米管作為鋰離子電池正負(fù)極導(dǎo)電劑有許多優(yōu)點(diǎn)。碳納米管具有很高的理論電導(dǎo)率，純化后的碳納米管室溫下電導(dǎo)率超過(guò)5×105S/cm。此外，碳納米管具有巨大的長(zhǎng)徑比，較低添加量就能達(dá)到類(lèi)似于其它添加劑的滲流閾值（維持化合物中電子遠(yuǎn)距離或局域遷移的含量）。由于碳納米管能形成高效電子傳輸網(wǎng)絡(luò)，僅0.2wt%的SWNTs添加量，即可達(dá)到與球形顆粒添加劑類(lèi)似的電導(dǎo)值。

（5）石墨烯作為一種新型的二維柔性平面炭材料，有著優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這種結(jié)構(gòu)使得石墨烯片層可以附著在活性物質(zhì)顆粒上，為正負(fù)極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導(dǎo)電接觸位點(diǎn)，使電子能夠在二維空間內(nèi)傳導(dǎo)，構(gòu)成一個(gè)大面積的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所以也被看作當(dāng)前理想的導(dǎo)電劑。

炭黑和活性物質(zhì)間為點(diǎn)點(diǎn)接觸，可以滲入活性物質(zhì)的顆粒間，充分增加活性物質(zhì)的利用率，碳納米管為點(diǎn)線接觸，可以在活性物質(zhì)間穿插形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅增加導(dǎo)電性，同時(shí)還可以充當(dāng)部分黏結(jié)劑的作用，而石墨烯的接觸方式為點(diǎn)面接觸，可以將活性物質(zhì)表面連接起來(lái)，作為主體，形成一個(gè)大面積的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，但是卻難以使活性物質(zhì)被完全覆蓋，即使繼續(xù)增加石墨烯的添加量也難以完全利用活性物質(zhì)，還會(huì)造成Li離子擴(kuò)散困難，使電極性能下降。所以這三者有著良好的互補(bǔ)趨勢(shì)，將炭黑或者碳納米管與石墨烯混合構(gòu)建一個(gè)更完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)一步提升電極的綜合性能。

另外，從石墨烯角度來(lái)說(shuō)，不同制備方法得到的石墨烯性能有很大的差別，其還原程度、片層大小及和炭黑配比，使用時(shí)的分散性、電極厚度等都對(duì)導(dǎo)電劑的性質(zhì)有著很大的影響。其中，由于導(dǎo)電劑的作用是構(gòu)建電子傳輸?shù)膶?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，如果導(dǎo)電劑本身不能很好地分散，則難以構(gòu)建有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于傳統(tǒng)炭黑導(dǎo)電劑來(lái)說(shuō)，石墨烯有著2600m 2/g的超高比表面積，以及π-π共軛的作用使其在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中更加易于團(tuán)聚。所以如何使石墨烯形成良好的分散體系，充分利用石墨烯的優(yōu)良性能，是石墨烯廣泛應(yīng)用亟需解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

小結(jié)：

當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)的電池續(xù)航里程不足以及充電速度慢造成使用體驗(yàn)仍然不如傳統(tǒng)汽車(chē)。使用導(dǎo)電劑提升電極導(dǎo)電性及電化學(xué)反應(yīng)速度,從而提升單位時(shí)間內(nèi)鋰離子脫嵌及嵌入的量,從而實(shí)現(xiàn)快速充電，是解決以上問(wèn)題的辦法之一。通過(guò)添加更加優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)電劑可以有效提升充電速度，從而解決充電慢的問(wèn)題，一定程度上可以改善用戶(hù)體驗(yàn)。

參考資料：

孫華軍.碳納米管在鋰離子動(dòng)力電池導(dǎo)電劑方面的應(yīng)用研究

劉宗哲等.石墨烯導(dǎo)電劑的研究和展望

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！