中國(guó)粉體網(wǎng)訊  導(dǎo)電炭黑是一種特種炭黑，因其良好的導(dǎo)電性能和較高性價(jià)比，廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電和防靜電制品。炭黑填充型導(dǎo)電高分子材料，包括功能高分子材料、新型涂料和新型橡膠塑料制品等，已廣泛應(yīng)用于礦用管材、電纜屏蔽、航天航空、電子電器、石油化工以及交通車(chē)輛等諸多領(lǐng)域。此外，導(dǎo)電炭黑在能源領(lǐng)域，如（動(dòng)力）鋰離子電池、鉛酸電池和超級(jí)電容器中也受到青睞。

導(dǎo)電炭黑產(chǎn)品主要有副產(chǎn)炭黑（重油造氣副產(chǎn)炭黑）、乙炔炭黑和爐法導(dǎo)電炭黑三大類型。三種導(dǎo)電炭黑差異較大：乙炔炭黑和副產(chǎn)炭黑DBP吸收值較高；副產(chǎn)炭黑和爐法導(dǎo)電炭黑比表面積較大，易吸收水分和熱減量較高。此外，乙炔炭黑純凈度高，灰分含量低，而副產(chǎn)炭黑雜質(zhì)含量大，灰分含量高。

三種類型導(dǎo)電炭黑的主要理化指標(biāo)

導(dǎo)電炭黑應(yīng)用性能與自身的導(dǎo)電性能密切相關(guān)。而其自身導(dǎo)電性主要取決于微晶結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)、聚集體結(jié)構(gòu)和粒度分布等四個(gè)方面。

根據(jù)乙炔炭黑、副產(chǎn)炭黑和爐法導(dǎo)電炭黑三種導(dǎo)電炭黑的 XRD圖譜可知，三種導(dǎo)電炭黑衍射峰均較寬，微晶呈“亂層結(jié)構(gòu)”。其中，副產(chǎn)炭黑和爐法導(dǎo)電炭黑的特征衍射峰（002）比乙炔炭黑的衍射峰更寬，非晶化程度較高。

三種導(dǎo)電炭黑的XRD圖譜

導(dǎo)電炭黑的表面官能團(tuán)對(duì)導(dǎo)電炭黑的理化性能及應(yīng)用性能有顯著影響。通過(guò)三種導(dǎo)電炭黑的傅里葉紅外光譜（FT-IR）圖，可看出，副產(chǎn)炭黑紅外光譜吸收峰較多，而乙炔炭黑和爐法導(dǎo)電炭黑吸收峰強(qiáng)度相對(duì)較弱。副產(chǎn)炭黑吸收峰的強(qiáng)度和數(shù)量均大于乙炔炭黑和爐法導(dǎo)電炭黑，但含氧官能團(tuán)過(guò)多降低了其導(dǎo)電性。

三種導(dǎo)電炭黑的FT-IR圖譜

導(dǎo)電炭黑的聚集體結(jié)構(gòu)包含單個(gè)炭黑顆粒和炭黑聚集體的形貌與尺寸分布信息，可通過(guò)透射電鏡（TEM）獲得其顆粒結(jié)構(gòu)（直觀）信息。三種導(dǎo)電炭黑顆粒呈近似球形，熔聚在一起形成“葡萄串”狀聚集體。爐法導(dǎo)電炭黑粒徑約為20nm，小于乙炔炭黑粒徑（約40nm）和副產(chǎn)炭黑粒徑（約90nm），從圖中還可看出，副產(chǎn)炭黑具有發(fā)達(dá)的支鏈和孔隙結(jié)構(gòu)，顆粒呈空殼狀，有利于形成導(dǎo)電通道。

三種導(dǎo)電炭黑的TEM照片

導(dǎo)電炭黑作為導(dǎo)電性功能填料，常用于改善自身導(dǎo)電性能較差不能滿足應(yīng)用要求的高分子材料或無(wú)機(jī)材料的導(dǎo)電性能。決定導(dǎo)電炭黑應(yīng)用性能的關(guān)鍵在于其與基體材料的匹配性，不同類型的導(dǎo)電炭黑在不同應(yīng)用體系中表現(xiàn)出的性能差異，主要?dú)w因于在基體材料中的導(dǎo)電機(jī)理不同。

填充復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料的導(dǎo)電性取決于導(dǎo)電炭黑在高聚物中分散狀態(tài)和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的形成情況。橡膠聚合物基體表面張力大、粘度高，在加工過(guò)程中分子間作用力大，顆粒大的導(dǎo)電炭黑所受剪切力較大，易分散，導(dǎo)電性好。副產(chǎn)炭黑粒徑較大，且比表面積非常大，呈空殼狀，可對(duì)橡膠分子進(jìn)行局部包覆，加之支鏈結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因而在橡膠材料中導(dǎo)電性表現(xiàn)較好；乙炔炭黑粒徑較大，且呈實(shí)心結(jié)構(gòu)，數(shù)量較少，所以導(dǎo)電性較差；爐法導(dǎo)電炭黑比表面積高，雖然粒徑較小，分散有一定困難，但由于顆粒數(shù)量多，綜合導(dǎo)電性能較好。

塑料聚合物表面張力小、粘度低，在加工過(guò)程中塑料分子間相互作用力較小，高速攪拌混料條件下，導(dǎo)電炭黑在其熔體中分散相對(duì)容易，所以在單位體積下導(dǎo)電炭黑顆粒數(shù)量越多，導(dǎo)電性越好，因此爐法導(dǎo)電炭黑性能較好。副產(chǎn)炭黑比表面積較大，并呈空殼狀，可對(duì)塑料分子進(jìn)行局部包覆，加之其支鏈結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，其導(dǎo)電性能表現(xiàn)最好。

鋰離子電池中，正極活性物質(zhì)顆粒尺寸一般為μｍ或亞μｍ級(jí)，導(dǎo)電炭黑與其通過(guò)機(jī)械混合組成復(fù)合電極。乙炔炭黑和副產(chǎn)炭黑粒徑較大，可較好填充，加之發(fā)達(dá)支鏈結(jié)構(gòu)形成導(dǎo)電通道，因此在鋰離子電池中導(dǎo)電性均表現(xiàn)較好。同時(shí)，乙炔炭黑呈實(shí)心結(jié)構(gòu)，相較于副產(chǎn)炭黑，其電極比容量更高。

參考資料：

焦冬生，乙炔炭黑填充導(dǎo)電硅橡膠的研究

張繼華，炭黑填充導(dǎo)電硅橡膠的結(jié)構(gòu)與性能

李昂，導(dǎo)電橡膠及其應(yīng)用

陳薄，導(dǎo)電炭黑微觀結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用性能

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/江岸）

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