中國粉體網(wǎng)訊 就目前商品化鋰離子電池體系來說，限制性能的因素主要來源于導電性能，尤其是正極材料的導電性能不足直接限制了電化學反應(yīng)的活性，需要加入適宜的導電劑提升材料的導電性，構(gòu)建導電網(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，所以相對于活性物質(zhì)，導電劑同樣是鋰離子電池中的一種不可或缺的材料。
導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表示的，顆粒細、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式導電結(jié)構(gòu)。作為傳統(tǒng)導電劑的代表，炭黑是目前使用最為廣泛的導電劑。缺點是價格高，難以分散。
（2）導電石墨的特點是粒徑接近正負極活性物質(zhì)的粒徑，比表面積適中，導電性良好，它在電池中充當導電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，在負極中，它不僅可以提高電極的導電性，而且可以提高負極的容量。
（3）Super P-Li的特點是粒徑小，和導電碳黑差不多，但是比表面積適中，特別是它在電池中以支鏈形式存在，對行成導電網(wǎng)絡(luò)十分有利，缺點是難以分散。
（4）碳納米管是近幾年興起的導電劑，它一般管徑在5納米左右，長度在10-20微米，不僅能夠在導電網(wǎng)絡(luò)中充當“導線”的作用，同時它還具有雙電層效應(yīng)，發(fā)揮超級電容器的高倍率特性，其良好的導熱性能還有利于電池充放電時的散熱，減少電池的極化，提高電池的高低溫性能，延長電池的壽命。
碳納米管作為導電劑，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。可搭配的正極材料包括：LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、聚合物正極、Li3V2(PO4)3、錳氧化物等。
相比其它常見的導電劑，如碳黑、乙炔黑、碳纖維等，碳納米管作為鋰離子電池正負極導電劑有許多優(yōu)點。碳納米管具有很高的理論電導率，純化后的碳納米管室溫下電導率超過5×105S/cm。此外，碳納米管具有巨大的長徑比，較低添加量就能達到類似于其它添加劑的滲流閾值（維持化合物中電子遠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，即可達到與球形顆粒添加劑類似的電導值。
（5）石墨烯作為一種新型的二維柔性平面炭材料，有著優(yōu)良的導電性和導熱性。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，為正負極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導電接觸位點，使電子能夠在二維空間內(nèi)傳導，構(gòu)成一個大面積的導電網(wǎng)絡(luò)，所以也被看作當前理想的導電劑。
炭黑和活性物質(zhì)間為點點接觸，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)，不僅增加導電性，同時還可以充當部分黏結(jié)劑的作用，而石墨烯的接觸方式為點面接觸，可以將活性物質(zhì)表面連接起來，作為主體，形成一個大面積的導電網(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)，還會造成Li離子擴散困難，使電極性能下降。所以這三者有著良好的互補趨勢，將炭黑或者碳納米管與石墨烯混合構(gòu)建一個更完善的導電網(wǎng)絡(luò)，可以進一步提升電極的綜合性能。
另外，從石墨烯角度來說，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，使用時的分散性、電極厚度等都對導電劑的性質(zhì)有著很大的影響。其中，由于導電劑的作用是構(gòu)建電子傳輸?shù)膶щ娋W(wǎng)絡(luò)，如果導電劑本身不能很好地分散，則難以構(gòu)建有效的導電網(wǎng)絡(luò)。相對于傳統(tǒng)炭黑導電劑來說，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際應(yīng)用過程中更加易于團聚。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)用亟需解決的一個關(guān)鍵問題。
小結(jié)：
當前電動汽車的電池續(xù)航里程不足以及充電速度慢造成使用體驗仍然不如傳統(tǒng)汽車。使用導電劑提升電極導電性及電化學反應(yīng)速度,從而提升單位時間內(nèi)鋰離子脫嵌及嵌入的量,從而實現(xiàn)快速充電，是解決以上問題的辦法之一。通過添加更加優(yōu)質(zhì)的導電劑可以有效提升充電速度，從而解決充電慢的問題，一定程度上可以改善用戶體驗。
參考資料：
孫華軍.碳納米管在鋰離子動力電池導電劑方面的應(yīng)用研究
劉宗哲等.石墨烯導電劑的研究和展望
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