浅谈锂电池导电剂

发布日期：

2022-05-25

锂电的正常充放电过程需要锂离子、电子的共同参与。为此，锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体，电极反应也只能发生在电解质、导电剂和活性材料的接合处。

一、锂电池为什么要添加锂电池导电剂?

锂电的正常充放电过程需要锂离子、电子的共同参与。为此锂电池导电剂厂家认为，锂离子电池需要是离子和电子的混合导体，反应也只能发生在电解质、导电剂和活性材料的接合处。

双端活性物质是半导体或绝缘体，导电功能不好，需要添加导电剂来改善导电功能的超镀金属氧化物或超镀金属磷酸盐。

阴端石墨材料的导电功能稍好，但在多次充电过程中石墨材料的膨胀收缩，石墨颗粒之间的接触减少，间距变大，甚至脱离成为死亡的活性物质，不参与反应，因此需要加入导电剂，在循环过程中保持阴端材料的导电功能稳定。

锂电池导电剂的核心作用：增加活性物质之间的导电接触，提升电子导电率。也就是说，在活性物质之间、活性物质和集流体之间收集微电流，减少接触电阻，提升电子的移动速度。

锂电池导电剂应用：锂电池导电剂在板材准备过程中进入锂电池。浆剂将活性物质、导电剂和胶粘剂按一定比例混合，通过搅拌器将浆分散，进而生成均匀的浆材，用于下一次箔涂层。

二、导电材料的种类

导电剂的材质、型态、颗粒直径和占比对蓄电池有不一样的直接影响，炭基导电剂在类别上可划分为导电性高纯石墨、导电碳黑、导电性碳纤维材料和石墨烯。较常用锂电池导电剂可划分为传统化导电性剂(如炭黑、导电性高纯石墨、碳纤维材料等)和新型导电剂(如纳米碳管、石墨烯和混合型导电浆料等)。市面上的导电剂型号有SPUER Li、S-O、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、350G、乙炔黑(AB)、柯津黑(KB)

(1)导电石墨导电石墨导电功能能好。其本身颗粒接近活物质颗粒大小，颗粒和颗粒之间可以以点接触的形式构成一定规模的导电网络构造，在提升电导率的同时，在用于阴端时可以提升容量。

(2)导电碳黑SP

导电碳黑是小颗粒碳和碳氢热分解的产物在气相状态下生成的熔融聚合物的统称，是用球形纳米级颗粒凝聚成的多簇和纤维状团聚体构造，颗粒大小几乎是导电石墨颗粒大小的十分之一。特点是粒径小，比表面积大，构造，表面干净(化合物少)等。

根据导电大小，从低到高分为CF导电碳黑、SCF超导电碳黑、XCF特导电碳黑。

导电碳黑作为生产方法，可分为乙炔碳黑、重油炉碳黑和重油煤气副产品碳黑三大类。以DBP测量时，普通碳黑DBP值可以达到100以下，CF导电碳黑可以达到100 ~ 160，SCF超导碳黑可以达到160 ~ 260，XCF导电碳黑可以达到300 ~ 350。

导电碳黑sp在扫描玻璃下呈链条或葡萄状，单个碳黑颗粒表面积很大(700m2/g)。碳黑颗粒的表面积和积累有助于颗粒之间的密切接触，生成导电网络。大于表面的工艺问题具有分散困难和较强的吸脂性，因此需要改善活物质、导电剂的混合工艺，以提分散性，并将碳黑的量控制在一定范围内(通常不超过百分之1.5)。

油的吸附值(OAN)用于表征碳黑的构造。OAN值越大，碳黑构造越高，就意味着容易生成难以破坏的导电网络通道。细长的碳黑颗粒构造度越高，碳黑颗粒之间生成的网状链越紧密，有助于在聚合物中生成链式导电构造。缺点是OAN值的导电碳黑对聚合物胶粘剂、液体和聚合物电解质的吸附能力较强，分散性差。

与导电石墨的区别：对于传统的两种导电材料，碳黑本身的导电功能不如石墨，但在使用导电剂的目的是减少整个粉末的电阻和强化材料颗粒之间的导电路径。导电剂的选择应以此为准。碳黑是用球形纳米颗粒凝聚成多个簇状和纤维状的团聚体构造，导电石墨是微米鳞片或薄片，同样质量的碳黑颗粒数量更多、体积更大，更有利于颗粒间导电路径的生成，更有利于内阻的降低。另外，在部分石墨材料对应位置上添加导电碳黑的原因也是为了增强颗粒间的导电功能。

目前市面上的导电碳黑有两种工艺，一种是乙炔气体，电力成本大，导电功能能好，主要用于电池产业。重油热解过程或化肥厂废气生产的另一种新型导电碳黑，具有比表面积和超导电功能，主要用于橡胶、塑料和电缆工业。

影响导电碳黑电导率的因素

碳黑粒度理论上说，碳黑的粒度越小，单位体积中的颗粒数越多，有助于提升导电功能。但是，在分散过程中，一些制造商的设备会分散剪切力，导致分散性下降，碳黑作为大量的小块存在于基础材料中，降低了导电效果。因此，只有将碳黑的颗粒大小调整在一定范围内，碳黑才能在活性材料中很好地分散，单位体积内的碳黑颗粒数量会大大增加，从而提升导电功能。

碳黑构造的DBP值的大小表示碳黑聚合构造的大小，一般来说，DBP值较大时，碳黑是链枝构造，导电功能很好。各种重质油气副产品碳黑的DBP值都很大，电子显微镜发现它们是空壳形式的微观构造，说明其构造不是很大。它的导电功能取决于单位质量，可能是体积更大的结果，另一个是因为剪切破坏了部分层级构造，产生了大量的新颗粒。碳黑粗糙度对碳黑的导电功能需要一定的粗糙度，因此碳黑容易生成导电通道，因此碳黑的氮吸附表面积和CTAB表面积差别很大。

表面挥发分碳黑表面的挥发分主要由有机基团和未完全分解的油膜生成，生成绝缘层，增加碳黑颗粒之间的屏障，严重影响导电功能，要将挥发分控制在较低的限度内。

灰和水分碳黑的灰和水分含量大，实际上降低了碳黑的含量，对导电功能产生不利影响，因此生产中应注意控制碳黑的灰和水分含量。

(3)碳纤维(VGCF)

导电碳纤维具有线性构造，容易在生成良好的导电网络，导电功能能好，减少电池内阻，提升电池性能。碳纤维作为导电剂的电池内部，活物质和导电剂的接触形式是虚线接触，与导电碳黑和导电石墨的点接触形式相比，不仅有助于提升导电功能，还可以减少导电剂的数量，增加电池容量。

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