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一,、為什么要在鋰離子電池材料中添加導(dǎo)電添加劑？

高性能鋰離子電池具備能量密度高,、比功率高,、工作溫度范圍寬、安全性高,、充放電速率快,、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),。我國(guó)在新能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出,，到2020年，鋰離子電池單體能量密度≥300 Wh/kg,，循環(huán)壽命≥1500次,，成本≤0.8元/Wh，安全性能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求,。在《中國(guó)制造2025》明確提出,，2020年動(dòng)力鋰離子電池電芯能量密度期望達(dá)到350Wh/kg。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),，技術(shù)人員仍在不斷探索尋找高性能的電池材料,，優(yōu)化電池材料體系和生產(chǎn)工藝。因此選用合適的導(dǎo)電添加劑對(duì)優(yōu)化提升鋰離子電池綜合性能具有關(guān)鍵作用,。

某款三元軟包鋰離子電池材料成本分布圖

雖然導(dǎo)電添加劑在鋰離子電池中的用量很少,，在材料成本中占比一般小于5%，但卻是鋰離子電池生產(chǎn)中不可缺少的關(guān)鍵材料之一,，特別是在動(dòng)力型鋰離子電池的大電流充放電過(guò)程中具有十分重要的作用,。之所以在電極中添加合適的導(dǎo)電添加劑,，最根本的原因就是為了改善電極活性物質(zhì)導(dǎo)電性能較差的狀況，實(shí)現(xiàn)提高電極的導(dǎo)電性能,、嵌鋰容量,，降低電池內(nèi)阻，減少極化,，以提高電池的綜合性能,。

二、常見(jiàn)導(dǎo)電添加劑的特性和作用機(jī)理

鋰離子電池用導(dǎo)電劑可以分為傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑（如導(dǎo)電石墨,、導(dǎo)電炭黑,、碳纖維等）和新型導(dǎo)電添加劑（如碳納米管、石墨烯,、復(fù)合導(dǎo)電漿料等）,。市面上常見(jiàn)的導(dǎo)電劑有KS-6、KS-15,、SFG-6,、SFG-15、SPUER Li,、S-O,、350G、乙炔黑（AB）,、科琴黑（KB）,、氣相生長(zhǎng)碳纖維（VGCF）、碳納米管（CNT）,、石墨烯等,。幾種代表性的導(dǎo)電添加劑關(guān)鍵性能及優(yōu)缺點(diǎn)如下表。

下面,，分別介紹這幾種導(dǎo)電添加劑的特性和作用機(jī)理,。

1、導(dǎo)電石墨

導(dǎo)電石墨

導(dǎo)電石墨基本為人造石墨,，其粒徑接近正極活性物質(zhì)的粒徑,。用在負(fù)極中，不僅可以提高電極的導(dǎo)電性,，而且可以提高負(fù)極的容量,。市面上常見(jiàn)石墨導(dǎo)電劑有KS-6、KS-15,、SFG-6,、SFG-15等。

導(dǎo)電石墨的粒徑一般為3-6μm，與活性物質(zhì)的粒徑相當(dāng),，與負(fù)極材料人造石墨相比,，孔隙度及比表面積更高，具有較好的導(dǎo)電性能,。顆粒之間點(diǎn)接觸,，可以構(gòu)成一定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于改善極片顆粒的壓實(shí)以及提高離子和電子的導(dǎo)電率,。同時(shí),，導(dǎo)電石墨具有更好的壓縮性和分散性，可以提高電池的體積能量密度,，改善極片的工藝特性,。在實(shí)際使用中，導(dǎo)電石墨一般配合導(dǎo)電炭黑使用,。

2,、導(dǎo)電炭黑

導(dǎo)電炭黑

導(dǎo)電炭黑的粒徑一般在30nm左右，比表面積大,，導(dǎo)電性能好,，吸液、保液性能強(qiáng),，但具有較強(qiáng)的吸油性,，分散性能差。在實(shí)際生產(chǎn)中,，需要通過(guò)改善活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑的混料工藝來(lái)提高其分散性,。炭黑含量需控制在一定范圍內(nèi),，通常是1.5％以下，可與導(dǎo)電石墨搭配使用起到更好的功效,。

3,、碳纖維

碳纖維

導(dǎo)電碳纖維具有線性結(jié)構(gòu)，直徑一般在100nm左右,，長(zhǎng)度一般達(dá)到幾μm到幾十μm,，長(zhǎng)徑比較大，具有較高的彎曲模量和較低的熱膨脹系數(shù),，添加到電極材料中可以提高極片的柔韌性和機(jī)械穩(wěn)定性,。線性結(jié)構(gòu)的碳纖維與活性物質(zhì)的接觸形式為點(diǎn)線接觸，碳纖維起到了“導(dǎo)線”的作用,，活性物質(zhì)顆粒之間形成大量的導(dǎo)電接觸位點(diǎn),，在電極中容易形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)出較好的導(dǎo)電性,。碳纖維良好的導(dǎo)熱性能有助于電池充放電時(shí)的散熱,，從而減輕電極極化,，降低電池內(nèi)阻及改善電池高低溫和循環(huán)性能。同時(shí),，使用碳纖維作為導(dǎo)電添加劑,，還能降低導(dǎo)電添加劑的用量，有利于提高電池容量,。但是,，由于碳纖維直徑小、長(zhǎng)徑比大,，在范德華力（van der Waals force）的作用下,，極易發(fā)生團(tuán)聚，影響其導(dǎo)電效果,。

4,、碳納米管碳納米管

碳納米管可以分為單壁碳納米管（SWCNT）和多壁碳納米管（MWCNT）。SWCNT的管徑為0.75-3nm,，長(zhǎng)度為1-50μm,。MWCNT的管徑為2-30nm，長(zhǎng)度為0.1-50μm,，層數(shù)2-50層,。利用碳納米管作為導(dǎo)電添加劑與碳纖維的作用相似。碳納米管難以分散的問(wèn)題是影響其在實(shí)際應(yīng)用中的重要課題,，目前可以通過(guò)高速剪切,、添加分散劑、做成分散漿料,、超細(xì)磨珠靜電分散等工藝解決,。

5、石墨烯

石墨烯

石墨烯既輕又薄,，作為新型導(dǎo)電添加劑,，能夠完美解決添加量與高能量密度之間的矛盾。由于石墨烯具有獨(dú)特的片狀結(jié)構(gòu),，與活性物質(zhì)的接觸為點(diǎn)面接觸而不是常規(guī)的點(diǎn)點(diǎn)接觸或點(diǎn)線接觸形式,，這樣就可以最大化發(fā)揮導(dǎo)電添加劑的作用，還能減少導(dǎo)電添加劑的用量,，從而可以提升活性物質(zhì)的用量,，提升鋰電池容量。石墨烯具有很高的電子導(dǎo)電性能,，有利于改變電池導(dǎo)電性能,，從而提高循環(huán)性能和倍率性能。而且具有良好的導(dǎo)熱性能，有利于改善電池內(nèi)部的熱傳導(dǎo),，提升電池的安全性能,。此外其優(yōu)秀的力學(xué)性能，非常有利于提升電極的壓實(shí)密度,。但是,，石墨烯作為導(dǎo)電添加劑也存在幾個(gè)問(wèn)題需要解決。一是離子位阻效應(yīng),，石墨烯的片層結(jié)構(gòu)對(duì)離子運(yùn)輸具有阻礙作用,，尤其是在大容量大電流應(yīng)用中體現(xiàn)得更加明顯。二是在活性物質(zhì)中分散困難,，易沉降,。三是成本較高，不利于降低電池生產(chǎn)成本,。

6,、復(fù)合導(dǎo)電添加劑

復(fù)合導(dǎo)電添加劑是將導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑,、碳纖維,、碳納米管、石墨烯這幾種導(dǎo)電添加劑按性能互補(bǔ)原則進(jìn)行組合形成二元,、三元或多元的復(fù)合添加劑,。由前述可知，沒(méi)有任何一種導(dǎo)電添加劑能夠完美滿足鋰離子電池性能的全部要求,，因此,，技術(shù)人員希望將不同種類(lèi)的導(dǎo)電添加劑按一定比例進(jìn)行混合使用，希望起到1+1>2的效果,。比如,，研發(fā)人員在硅碳電池體系中加入導(dǎo)電炭黑與碳納米管的復(fù)合導(dǎo)電添加劑，導(dǎo)電炭黑很好地發(fā)揮了吸液,、保液效能的同時(shí)，碳納米管很好地發(fā)揮了提升導(dǎo)電性的效能,，從而提升了電池的循環(huán)性能,。

三、如何選用合適的導(dǎo)電添加劑

不同的導(dǎo)電添加劑有各自不同的形態(tài)和性能特點(diǎn),，在選擇導(dǎo)電添加劑的時(shí)候,，我們需要綜合考慮電池的化學(xué)體系、能量密度,、倍率性能,、循環(huán)性能、生產(chǎn)成本等需求因素。同時(shí),，采用合理的勻漿工藝,，確保漿料穩(wěn)定性以及導(dǎo)電添加劑均勻地分布在電極活性物質(zhì)表面，從而最大程度發(fā)揮出導(dǎo)電添加劑對(duì)鋰離子電池性能的改善和優(yōu)化效能,。