石墨、炭黑、碳纤维AND石墨烯——一文了解碳系导电剂

锂离子电池大部分电极正极材料的活性物质导电性差，导致电极内阻较大，从而活性物质的利用率降低，严重影响了电池的倍率、循环、安全等方面的性能。提高活性物质的利用率，改善电池电化学等方面的性能，需要提高活性材料和集流体之间及活性材料颗粒之间的导电性。

导电剂在锂离子电池中只添加很少比例，具有优良导电性、低密度、结构及化学性能稳定的导电剂对锂离子电池至关重要。导电剂加入锂离子电池中不能参加氧化还原反应，要有很高的抗酸碱腐蚀能力。导电剂的材料、形貌、粒径及含量对电池都有着不同的影响，不同电极活性材料都有匹配的导电剂。碳系导电剂从类型上可以分为导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维和石墨烯。

石墨晶体sp²杂化轨道形成共价键，并形成稳定的六边形网状结构，而离域大π键，在平行于石墨层的方向上表现出金属特性。最初用于锂离子电池的导电石墨在电池中充当导电网络的节点，其粒径接近正极活性物质的粒径。在负极中，可提高电极的导电性和容量。目前常用的导电石墨有KS、SFG、MX等系列。

常用导电石墨性能

炭黑是小颗粒碳和烃热分解的生成物在气相状态下形成的熔融聚合物的总称，是一种由球形纳米级颗粒团聚成多簇状和纤维状的团聚物结构。根据导电能力大小，可以分为导电炭黑、超导电炭黑和特导电炭黑。锂离子电池中应用较广的是导电炭黑。

导电炭黑的导电能力和稳定性由其结构度决定，结构度越高，炭黑颗粒间形成的网状链堆积越紧密，有利于在聚合物中形成链式导电结构。但结构度高的导电炭黑对聚合物粘结剂、液态和聚合物电解质的吸附能力比较强，分散性较差。

导电炭黑粉末相关参数

导电碳纤维主要包括气相生长碳纤维及碳纳米管。气相生长碳纤维有着高的本征电导率和热导率。由于纤维状导电剂有着较高的弯曲模量和低的热膨胀系数，所以通常添加此类导电剂的极片会有着好的柔韧性和机械稳定性。但由于工艺较复杂，导致成本较高，因而没有得到广泛应用。

碳纳米管与碳纤维相比，其内外层均表现出较为规整的结构和较高的结晶度。此外，CNTs本身具有较好的电子运输能力，在电极中形成了较多的连续的导电网络，因而碳纳米管作为导电剂不仅可以改善电极的电导率、导热率、柔性，还可以提高电池的容量、倍率及循环性能。

石墨烯是具有sp²杂化轨道的二维碳原子晶体，导电导热性优良，在锂离子电池中可以改善电池的循环性能。研究表明石墨烯导电剂可以提高电池容量、倍率和循环性能，同时可降低电极材料电阻，而且添加石墨烯导电剂可显著降低极化现象。