導(dǎo)電炭黑是最佳可充電電池（鋰離子電池）正極片的重要導(dǎo)電添加劑。其功能是改善正極電活性材料涂層與集電器之間的電子傳輸，降低電機(jī)的界面接觸電阻，并起到去極化作用。通常關(guān)注導(dǎo)電劑用導(dǎo)電炭黑的初級粒徑、聚集狀態(tài)、比表面積（BET）、吸油值（DBP）和其他指標(biāo)。

 

什么是導(dǎo)電炭黑

炭黑是一種傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑。一方面，它可以直接參與鋰電池中短距離和長距離導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，顯著提高電池的電氣性能；另一方面，其更高的比表面積也可以對電解質(zhì)產(chǎn)生一定的吸附作用，通過其分布來影響電解質(zhì)的分布，改善電解質(zhì)的滲透，并間接增加鋰離子的傳輸速率。

目前，炭黑已在中國使用多年。由于其高性價比和相對簡單的分散性，它是市場上的主流導(dǎo)電劑。2021，炭黑導(dǎo)電劑在我國動力電池導(dǎo)電劑中的應(yīng)用將占60%。

聚集體是由初級顆粒在裂解爐中碰撞形成的三維鏈狀分支結(jié)構(gòu)，是炭黑物理分散過程中最小的不可分割單元。由于不同過程的碰撞模式不同，所形成的聚集體也有大有小、致密或松散。

總的來說，骨料越大，形狀越不規(guī)則，內(nèi)部空氣越多，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)價值越高，在極靴中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的能力越強(qiáng)。反映在測試指標(biāo)上，即吸油值越大，結(jié)構(gòu)值越大。一般要求吸油值高于250毫升/100克。

比表面積越大，導(dǎo)電劑與正極活性顆粒之間的接觸面積越大。這更有利于充放電過程中的電子傳輸，但分散的難度也增加，循環(huán)穩(wěn)定性降低。金屬雜質(zhì)含量過高會導(dǎo)致電池自放電，造成安全隱患，一般要求控制在20ppm以內(nèi)。

 

 

導(dǎo)電炭黑的作用

1.粒徑小，比表面積大，具有較好的離子和電子傳導(dǎo)性，因此有利于電解質(zhì)的吸附，提高離子傳導(dǎo)性，起到吸收和保持液體的作用。

2.炭黑具有一次顆粒團(tuán)聚形成的支鏈結(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導(dǎo)電性。

3.導(dǎo)電炭黑本身具有高導(dǎo)電性，少量的添加可以實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性。

4.添加量越少，電池中可以充滿更多的活性物質(zhì)，這可以增加電池的容量。

5.在電池的充放電過程中，電阻不會隨著電池體積的變化而增加，這樣可以提高電池的穩(wěn)定性。

 

導(dǎo)電炭黑的主要類型

導(dǎo)電炭黑主要包括乙炔黑、Super P和Ketjen黑。中國炭黑行業(yè)有很多小工廠，過去制造商主要專注于滿足普通碳下游輪胎行業(yè)的發(fā)展需求，沒有深耕特種炭黑領(lǐng)域。

另一方面，過去鋰離子導(dǎo)電炭黑市場相對較小，制造商對其重視不夠。此外，鋰電池級導(dǎo)電炭黑的技術(shù)壁壘相對較高，核心電抗器的研發(fā)需要一定的技術(shù)積累。因此，目前我國鋰電池級炭黑導(dǎo)電劑基本依賴進(jìn)口。

目前，市場上主流的鋰電池級導(dǎo)電炭黑包括乙炔黑、SP、Ketjen黑等，主要來自和興化學(xué)、法國Imerys和日本Lion等公司。

 

 

普通炭黑與鋰電池級炭黑的區(qū)別

一方面，設(shè)備的精度不同。原則上，生產(chǎn)線差別不大。它們都使用原料油，在爐中燃燒，然后經(jīng)過一系列的后處理。最大的區(qū)別在于工藝設(shè)備，例如爐頭的設(shè)計(jì)，炭黑生產(chǎn)中燃燒爐的爐頭非常關(guān)鍵，包括爐頭中的噴油嘴等。這些部件的精度非常關(guān)鍵。

生產(chǎn)橡膠炭黑不需要精確的部件。由噴嘴噴出并霧化的液滴不需要均勻或非常粗糙；但是鋰炭黑的生產(chǎn)對設(shè)備的精度有許多要求。

另一方面，后處理是不同的。炭黑產(chǎn)生后，需要培養(yǎng)以獲得更高的結(jié)構(gòu)。這個過程會降低生產(chǎn)率。橡膠炭黑的生產(chǎn)能力為每小時或一天三到五噸，而導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)速度不到每小時一噸，因此導(dǎo)電炭黑需要更長的培育時間。

之后，導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)需要處理金屬離子，這將需要很長時間，并且會有一些輔助設(shè)備幫助其處理到非常小的水平，而橡膠炭黑不需要處理金屬金屬離子。

 

導(dǎo)電炭黑的指標(biāo)與性能關(guān)系

導(dǎo)電炭黑的指標(biāo)包括吸碘值、吸油值、表觀比體積、灰分、電阻率、pH值、粒徑、比表面積、水分、篩渣、揮發(fā)性物質(zhì)、雜質(zhì)等，灰分和水分。

 

 

吸油值與導(dǎo)電性之間的關(guān)系：吸油值代表導(dǎo)電炭黑的聚集體結(jié)構(gòu)水平。通常，當(dāng)吸油值高時，導(dǎo)電炭黑具有鏈狀分支結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電性更好。因此，選擇導(dǎo)電性好的導(dǎo)電炭黑取決于炭黑吸油值高的炭黑產(chǎn)品。

粒徑與電導(dǎo)率的關(guān)系：理論上，粒徑越小，單位體積的顆粒越多，這有利于提高電導(dǎo)率，但這也取決于炭黑用于何種產(chǎn)品，然后做出適當(dāng)?shù)倪x擇。

表面揮發(fā)性物質(zhì)與電導(dǎo)率的關(guān)系：炭黑表面的揮發(fā)性物質(zhì)主要由一些有機(jī)基團(tuán)和尚未完全開裂的油膜組成，形成絕緣層增加了炭黑顆粒之間的勢壘，嚴(yán)重影響電導(dǎo)率，因此揮發(fā)性必須控制在較低的限度。

比表面積與電導(dǎo)率的關(guān)系：導(dǎo)電炭黑的比表面積指數(shù)分為氮吸附表面積和CTAB表面積，這兩者都會影響炭黑的電導(dǎo)率。在選擇導(dǎo)電炭黑時，通常要求炭黑的氮吸附表面積與CTAB表面積之間的差異較大。

灰分和水分與電導(dǎo)率的關(guān)系：炭黑中灰分和水分含量高實(shí)際上降低了導(dǎo)電炭黑的含量，這也對電導(dǎo)率產(chǎn)生不利影響。選擇炭黑時，注意控制炭黑中灰分和水的含量。

 

導(dǎo)電炭黑市場規(guī)模

導(dǎo)電炭黑應(yīng)用于鋰離子電池技術(shù)。目前，美國的Cabot和法國的Imerys能夠在鋰離子電池中使用導(dǎo)電炭黑。目前，中國企業(yè)尚未大規(guī)模在鋰離子電池中使用導(dǎo)電炭黑。鑒于中國市場的空缺，一些中國公司仍處于研發(fā)階段。未來，國產(chǎn)導(dǎo)電炭黑在鋰離子電池中的應(yīng)用有望迎來突破。

 

 

從全球?qū)щ娞亢谑袌鲆?guī)模來看，2021市場生產(chǎn)能力約為3.2萬噸，到2025年，隨著主要制造商的擴(kuò)大生產(chǎn)，預(yù)計(jì)生產(chǎn)能力將達(dá)到約10萬噸。2021，中國導(dǎo)電炭黑行業(yè)的需求量將為1.64萬噸，同比增長76.34%。預(yù)計(jì)2022年中國市場將保持快速增長，預(yù)計(jì)需求量將達(dá)到2.86萬噸。

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