鋰電池作為一種能量密度高、循環(huán)壽命長的重要儲能器件，近年來發(fā)展迅速。就目前的商用鋰離子電池系統(tǒng)而言，限制性能的因素主要來自電導(dǎo)率。

有必要添加合適的電池導(dǎo)電劑，以提高材料的導(dǎo)電性，構(gòu)建穩(wěn)定且持久的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電子傳輸提供快速通道，并確保充分利用活性材料。因此，與活性材料相比，電池導(dǎo)電劑也是鋰離子電池中不可或缺的材料。

電池導(dǎo)電劑是鋰電池的關(guān)鍵輔助材料

電池導(dǎo)電劑是鋰離子電池的關(guān)鍵輔助材料，在提高電池導(dǎo)電性、容量、倍率性能和循環(huán)性能方面發(fā)揮著重要作用。由于大多數(shù)正極材料的活性材料具有較差的導(dǎo)電性和較大的內(nèi)阻，因此需要電池導(dǎo)電劑來形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，以改善電極材料的活性物質(zhì)和集電器之間的導(dǎo)電性。目前，電池導(dǎo)電劑主要用于陰極片上。

未來，隨著硅基陽極的加速滲透，電池導(dǎo)電劑在陽極片上的應(yīng)用將加快。此外，電池導(dǎo)電劑還可以提高極靴的加工性，促進(jìn)電解質(zhì)在極靴上的滲透，有效提高鋰離子在電極材料中的遷移率，減少極化，從而提高電極的充放電效率和使用壽命。

陰極：主要提高陰極材料的導(dǎo)電性。鋰離子陰極材料具有較差的導(dǎo)電性。需要添加一定比例的電池導(dǎo)電劑，以確保導(dǎo)電材料填充正極材料的活性材料之間的間隙，以形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而提高正極材料的導(dǎo)電性。

陽極：主要削弱陽極材料的膨脹，提高循環(huán)壽命。盡管陽極材料的導(dǎo)電性良好，但鋰電子的連續(xù)嵌入和脫落將在多次充電和放電過程中導(dǎo)致石墨顆粒體積的膨脹和收縮，導(dǎo)致石墨顆粒之間的間隙更大，導(dǎo)電性更低。

 

 

零件甚至可能與電極分離，從而降低鋰離子電池的容量。添加電池導(dǎo)電劑可以改善陽極的表面性能并保持電池的導(dǎo)電性。

電池導(dǎo)電劑約占電池成本的1%，成本敏感性低，下游接受度高。由于電池導(dǎo)電劑在鋰電池成本中所占比例不高，因此價(jià)格敏感性較弱，因此盡管新型電池導(dǎo)電劑的成本高于傳統(tǒng)電池導(dǎo)電劑。

然而，新型電池導(dǎo)電劑可以顯著提高鋰電池的能量密度和快速充電性能。因此，鋰百強(qiáng)制造商的接受度很高，成本可能不是第一考慮因素。

新型電池導(dǎo)電劑與傳統(tǒng)電池導(dǎo)電劑

多維度綜合比較目前鋰電池常用的電池導(dǎo)電劑主要包括炭黑、導(dǎo)電石墨、VGCF、碳納米管和石墨烯。其中，炭黑、導(dǎo)電石墨和VGCF屬于傳統(tǒng)的電池導(dǎo)電劑。碳納米管和石墨烯是新型電池導(dǎo)電材料。

 

 

導(dǎo)電炭黑：鏈狀或葡萄狀，具有高比表面積。炭黑可以與活性物質(zhì)形成點(diǎn)對點(diǎn)接觸，有利于電解質(zhì)的吸附，提高離子電導(dǎo)率。添加量約為3%。它是一種具有成本效益的電池導(dǎo)電劑，但其導(dǎo)電性相對一般，依賴進(jìn)口。

碳納米管：可分為單壁管和多壁管。一維碳納米管是圓柱形的，內(nèi)部中空，并且具有良好的導(dǎo)電性。纖維結(jié)構(gòu)可以與活性材料進(jìn)行點(diǎn)對線接觸，在電極活性材料中形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，充當(dāng)“導(dǎo)線”。碳納米管電池導(dǎo)電劑有利于提高電池容量、倍率性能、電池循環(huán)壽命，并降低電池接口阻抗。

石墨烯：它具有片狀二維結(jié)構(gòu)，與活性材料形成點(diǎn)對面接觸，可以最大限度地發(fā)揮電池導(dǎo)電劑的作用，減少電池中使用的導(dǎo)電劑的數(shù)量。從而增加活性材料的比例并增加鋰電池的容量。在少量添加的情況下，石墨烯可以更好地形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，效果比導(dǎo)電炭黑好得多。

 

 

導(dǎo)電石墨：石墨電池的導(dǎo)電劑是人造石墨，顆粒尺寸更小，孔隙更發(fā)達(dá)，比表面積更大，可以與活性材料形成點(diǎn)對點(diǎn)接觸。這有利于提高極片顆粒的壓實(shí)密度，增加離子和電子的導(dǎo)電性，同時(shí)，當(dāng)用于陽極時(shí)，它可以增加陰極的容量。

鋰電池用炭黑電池導(dǎo)電劑的特性

鋰電池炭黑電池導(dǎo)電劑產(chǎn)品差異顯著，性能差距較大。低比表面積、高吸油值和低金屬離子含量是導(dǎo)電炭黑成功應(yīng)用的核心技術(shù)指標(biāo)。

粒徑和比表面積：炭黑粒徑是指炭黑的一次粒徑，比表面積是指炭黑顆粒每單位質(zhì)量或單位體積的表面積之和。粒徑小，比表面積大，具有較好的離子和電子傳導(dǎo)性，有利于電解質(zhì)的吸附，提高離子傳導(dǎo)性。

支鏈結(jié)構(gòu)：支鏈結(jié)構(gòu)可以與活性材料形成鏈狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，增加導(dǎo)電接觸點(diǎn)，有助于提高材料的電子傳導(dǎo)性。

 

 

DBP吸收值：炭黑的結(jié)構(gòu)可以通過DBP的吸收值來測量。

表面官能團(tuán)：表面官能團(tuán)的數(shù)量決定了炭黑分散的難度。官能團(tuán)越多，就越容易分散，但過多會削弱電池導(dǎo)電劑的導(dǎo)電性。

金屬離子含量：金屬離子含量過高會導(dǎo)致電池自放電，影響安全性能。通常，鋰電池用導(dǎo)電炭黑的金屬離子含量相對較高，一般低于10ppm。

目前，我國鋰離子電池的電池導(dǎo)電劑仍以傳統(tǒng)導(dǎo)電劑導(dǎo)電炭黑為主，其中SP產(chǎn)品是市場主流。SP導(dǎo)電炭黑是一種小顆粒導(dǎo)電炭黑，價(jià)格便宜實(shí)用，沒有儲鋰功能，只導(dǎo)電。

電池導(dǎo)電劑的應(yīng)用與展望

每種電池導(dǎo)電劑都有自己的優(yōu)點(diǎn)。未來，電池導(dǎo)電劑的開發(fā)將集中在以下四個(gè)方面：

 

 

● 無論是在含水體系中還是在NMP有機(jī)體系溶劑中，電池導(dǎo)電劑都應(yīng)具有良好的分散性；

● 與高導(dǎo)電性碳納米管、石墨烯等新型碳材料復(fù)合，降低電池導(dǎo)電劑的使用率，提高電池性能；

● 提高比表面積和電解質(zhì)吸附能力，進(jìn)一步提高極靴的離子電導(dǎo)率。

● 無論是碳納米管還是石墨烯復(fù)合材料，與傳統(tǒng)材料相比，降低成本以滿足實(shí)際需求迫在眉睫。