【原创】哪种导电剂更受锂电池青睐？

中国粉体网讯  导电剂是锂离子电池的关键辅材，对改善电池的导电性能、倍率性能、容量循环性能有着重要的作用。由于大部分正极材料活性物质导电性差、内阻较大，因此需要导电剂构成导电网络以提高电极材料活性物质与集流体之间的导电性。

常用的锂离子电池导电剂可以分为传统导电剂（如炭黑、导电石墨、碳纤维等）和新型导电剂（如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等）。

传统导电剂：仍是目前主流导电剂

1 炭黑

导电炭黑因其粒径小，比表面积特别大，同时在电池中可以起到吸液保液的作用，常被用于电池的导电剂。炭黑颗粒的高比表面积、堆积紧密有利于颗粒紧密接触在一起，组成了电极中的导电网络。目前商用锂离子电池常用的颗粒状导电炭黑 ( 如 Super P、乙炔黑等 ) 密度低、易团聚，导电剂利用率低，而且“点对点”的导电方式很难在正极材料颗粒间形成良好的导电网络。需通过改善活物质、导电剂的混料工艺来提高其分散性，并将炭黑量控制在一定范围内（通常是 1.5％以下）。

图1炭黑原料  图源：东海耀碳素（大连）有限公司

2 导电石墨

导电石墨也具有较好的导电性，常用的石墨导电剂有：KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15 等。其本身颗粒较接近活物质颗粒粒径，颗粒与颗粒之间呈点接触的形式，可以构成一定规模的导电网络结构，提高导电速率的同时，用于负极时可提高负极容量。

3 碳纤维（VGCF）

导电碳纤维具有线性结构，在电极中容易形成良好的导电网络，表现出较好的导电性，因而减轻电极极化，降低电池内阻及改善电池性能。在碳纤维作为导电剂的电池内部，活物质与导电剂接触形式为点线接触，相比于导电炭黑与导电石墨的点点接触形式，不仅有利于提高电极导电性，更能降低导电剂用量，提高电池容量。

新型电池导电剂：发展迅猛，未来可期

1 碳纳米管（CNT）

CNT 可以分为单壁 CNT 和多壁 CNT，一维结构的碳纳米管与纤维类似呈长柱状，内部中空。利用碳纳米管作为导电剂可以较好的布起完善的导电网络，其与活物质也是呈点线接触形式，关于提高电池容量（提高极片压实密度）、倍率性能、电池循环寿命和降低电池界面阻抗具有很大的用途。目前， 比亚迪、中创新航部分产品使用 CNT 作为导电剂， 经反响具有不错的效果。碳纳米管可分为纠缠式和阵列式两种成长状态，无论是哪种形式其应用于锂离子电池中都存在一个问题就是分散，目前可以通过高速剪切、添加分散剂、做成分散浆料、超细磨珠静电分散等工艺解决。

图2 多壁碳纳米管原料  图源：深圳飞墨科技有限公司

2 石墨烯

石墨烯作为新型导电剂，由于其独特的片状结构（二维结构），与活性物质的接触为点-面接触而不是常规的点-点接触形式，这样可以最大化的发挥导电剂等用途，减少导电剂的用量，从而可以多使用活性物质，提升锂离子电池容量。但是由于其成本较高，分散困难、具有阻碍锂离子传输等弊端尚未完全被工业化应用。同时据研究表明小倍率下， 石墨烯导电剂与活性材料是“点对面接触”，接触效率更高，电池性能优异 ; 大倍率下，石墨烯作为平面导电剂会阻碍锂离子的运动，造成电池极化，严重影响电池性能。

3 二元、三元导电浆料

锂离子电池的正负极材料导电性能都不理想， 这会影响电池的性能，在最新的研究进展中，部分锂离子电池选用的导电剂是碳纳米管、石墨烯、导电炭黑之间两者或三者的混合浆料。将导电剂复合做成导电浆料是工业应用的需求，也是导电剂之间相互协同、激发用途的结果。

从“点对点”到“点对面”，

从单一原料到复合材料，

导电剂发展多元化

电子电导率和离子电导率极大地影响锂离子电池的电化学性能，因此在电池电极材料中添加导电剂是必要的。传统导电剂(炭黑类、导电石墨类和VGCF)的添加可以使电解质和电极活性材料之间的接触更充分，提高电极的离子和电子传导。此外，还可以提供足够的空间容纳活性材料，减小体积变化引起的容量损失。因此，可以使电池获得更高的可逆容量和更稳定的循环性能。因其价格相对便宜，最先被广泛用作锂离子电池的导电剂。新型导电剂(碳纳米管、石墨烯)具有更高的比表面积和更优异的导电性。

碳纳米管具有高长径比，这使其在形成有效的导电网络方面比纳米碳粉更具优势。此外一维特性可以缩短电子沿纤维方向的传输，并促进离子快速迁移，反过来又可提升高倍率电池性能。石墨烯具有二维层状结构，可以提供足够的活性电化学反应位点，在活性材料之间分散存在，可以构成连续高效的“点对面”接触模式导电网络，为电子快速传输提供长程传导路径，提高容量循环性能。成本及性能的综合考量下，复合导电剂是改善锂离子电池电化学性能的理想方法。

利用不同的导体形成多种导电剂是锂离子电池导电剂的一个发展方向，未来导电剂体系将逐步从单一化走向多元复合化。随着新型纳米材料的发展，将会有更多种类的复合导电剂来制备高电化学性能的锂离子电池。

参考来源：

徐丹，电池导电剂的研究现状和发展趋势

文芳等，锂离子电池中石墨烯导电剂分散方法的研究进展

袁佩玲等，新能源电池领域导电剂技术的研究与产业化

赵龙，石墨烯导电剂提升磷酸铁锂正极材料性能的研究

（中国粉体网编辑整理/留白）

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