鉅大LARGE | 點擊量：4289次 | 2021年07月17日
幾種常用鋰離子電池導電劑解析
一、鋰離子電池中加入導電劑的目的
鋰離子電池在充放電循環中，正負極極片上有電流通過時，就會有凈反應發生，聲明電極失去了原有的平衡狀態，電極電位將偏離平衡電位，就萌生了常說的極化。鋰離子電池極化可以分為歐姆極化、電化學極化和濃差極化。極化電壓是反應鋰離子電池內部電化學反應的緊要參數，假如極化電壓長期不合理，則會導致負極鋰金屬析出加快，嚴重情況下會刺穿隔膜導致短路。據鋰離子電池初期試驗數據，單純依賴活物質的導電性是不足以滿足電子遷移速率要求的，為了使電子能夠快速移動歸位，出現了導電劑的加入。
導電劑的首要用途是提高電子電導率。導電劑在具活性物質之間、活性物質與集流體之間起到收集微電流的用途以減小電極的接觸電阻，提高鋰離子電池中電子的遷移速率，降低電池極化。此外，導電劑也可以提高極片出產性，促使電解液對極片的浸潤，從而提高鋰離子電池的使用壽命。
二、常用鋰離子電池導電劑
常用的鋰離子電池導電劑可以分為傳統導電劑（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）。市面上的導電劑型號有SPUERLi、S－O、KS－6、KS－15、SFG－6、SFG－15、350G、乙炔黑（Ab）、科琴黑（Kb）、氣相生長碳纖維（VGCF）、碳納米管（CNT）等等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（1）炭黑
炭黑在掃描電鏡下呈鏈狀或葡萄狀，單個炭黑顆粒具有非常大的比表面積（700m2／g）。炭黑顆粒的高比表面積、堆積緊密有利于顆粒之間緊密接觸在一起，組成了電極中的導電網絡。比表面較大帶來的工藝問題是分散困難、具有較強的吸油性，這就要通過改善活物質、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（通常是1．5％以下），炭黑形態及其在活物質中混合狀態如圖1所示。
（2）導電石墨
導電石墨也具有較好的導電性，其本身顆粒較接近活物質顆粒粒徑，顆粒與顆粒之間呈點接觸的形式，可以構成一定規模的導電網絡結構，提高導電速率的同時用于負極時更可提高負極容量。
（3）碳纖維（VGCF）
導電碳纖維具有線性結構，在電極中容易形成良好的導電網絡，表現出較好的導電性，因而減輕電極極化，降低電池內阻及改善電池性能。在碳纖維作為導電劑的電池內部，活物質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。VGCF和導電炭黑在活物質中分散狀態比較如圖2所示：
（4）碳納米管（CNT）
CNT可以分為單壁CNT和多壁CNT，一維結構的碳納米管與纖維類似呈長柱狀，內部中空。利用碳納米管作為導電劑可以較好的布起完善的導電網絡，其與活物質也是呈點線接觸形式，關于提高電池容量（提高極片壓實密度）、倍率性能、電池循環壽命和降低電池界面阻抗具有很大的用途。目前，比亞迪、中航鋰電部分產品使用CNT作為導電劑，經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，無論是哪種形式其使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處理。
（5）石墨烯
石墨烯作為新型導電劑，由于其神奇的片狀結構（二維結構），與活性物質的接觸為點－面接觸而不是常規的點點接觸形式，這樣可以最大化的發揮導電劑等用途，減少導電劑的用量，從而可以多使用活性物質，提升鋰離子電池容量。但是由于其成本較高，分散困難、具有妨礙鋰離子傳輸等弊端尚未完全被工業化使用。
（6）二元、三元導電漿料
在最新的研究進展中，部分鋰離子電池選用的導電劑是CNT、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使用的需求，也是導電劑之間相互協同、激發用途的結果。無論是炭黑、石墨烯還是CNT，將其三者單獨使用時已經很大的分散難度，假如想要將其與活物質平均混合，則要在未進行電極漿料攪拌之前，將其分散開然后再投入使用。三元漿料用于正極活物質攪拌狀態如圖3所示：
三、導電劑的將來
導電劑的形態、種類各異，其微觀結構是影響導電性能的緊要因素。從炭黑的顆粒狀到碳纖維、CNT的一維結構再到今朝的石墨烯二維片狀結構，這是一個不斷改進的過程。在實際使用中，炭黑作為導電劑使用已經非常廣泛，工藝也非常成熟了。CNT作為導電劑使用于動力鋰電池已經過較多廠商實驗、使用，取得了很好的效果。但是石墨烯由于其成本、工藝問題還沒有大面積使用于導電劑行業。每種導電劑都各有其優點，取長補短，多元混合的導電漿料將是將來導電劑的主流發展方向。
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