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 作為鋰離子電池關(guān)鍵非主材之一的導(dǎo)電劑，在整個鋰離子極片上起到了非常重要的作用，它基本的功能就是導(dǎo)電，在極片制作時通常加入一定量的導(dǎo)電物質(zhì)，在活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的接觸電阻加速電子的移動速率，同時也能有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率，從而提高電極的充放電效率，本文就從常用的導(dǎo)電劑入手，給廣大鋰電同仁們普及一下導(dǎo)電劑的基礎(chǔ)知識以及應(yīng)用。

1. 導(dǎo)電劑的分類以及概述

從上述表中可以看出，導(dǎo)電劑的比表面積是在逐漸增大的，同時顆粒也是越來越小，吸油值是越來越大的，就目前鋰離子電池市場而言，正極導(dǎo)電劑用的比較多的是CNT、CNT與SP、CNT與石墨烯的混合使用等等，都是為了構(gòu)成立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)而進行的嘗試，負(fù)極導(dǎo)電劑還是以SP為主，下面就各個材料的導(dǎo)電機理進行分析。

從圖中可以看出，SP和導(dǎo)電石墨SFG6都是剛性的納米顆粒，在材料與顆粒之間形成點接觸，在中低端的鋰電市場里，SP作為正極導(dǎo)電劑的應(yīng)用還是廣泛，因其具有更好的離子和電子導(dǎo)電能力,具有較大的比表面積,所以有利于電解質(zhì)的吸附而提高離子電導(dǎo)率，其一次顆粒團聚形成支鏈結(jié)構(gòu),能夠與活性材料形成鏈?zhǔn)綄?dǎo)電結(jié)構(gòu),有助于提高材料的電子導(dǎo)電率。但隨著動力電池能量密度的提升，單純用SP已經(jīng)不能滿足動力電池性能的需求，需要開發(fā)出更好的導(dǎo)電劑，因此，CNTs、VGCF、石墨烯等應(yīng)運而生。

對于CNTs，作為導(dǎo)電劑與SP配合使用，能夠在電極活性材料中形成連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);添加后極片有較高的韌性, 能改善充放電過程中材料體積變化而引起的剝落, 提高循環(huán)壽命;可大幅度提高電解液在電極材料中的滲透能力，但由于其較大的比表面積，在勻漿分散是會有一定的難度，目前市售的都是含量5%左右的漿料，直接在勻漿時使用;

而近風(fēng)頭正熱的石墨烯，其作為導(dǎo)電劑也可以起到CNTs的作用，但就目前而言，在鋰電上的優(yōu)勢尚未體現(xiàn)出來，而其較難的勻漿分散工藝、較高的價格、以及表面具有大量官能團給后續(xù)帶來的導(dǎo)電性問題等等，都會給其的應(yīng)用帶來的一定的困擾，仍然需要很長的路去走。

2. 導(dǎo)電劑的合成方法

導(dǎo)電炭黑合成方法

CNTs的合成方法

石墨烯合成方法：

微機械剝離法

2004年，Geim等首次用微機械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highly oriented pyrolytic graphite)上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測到其形貌，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化和規(guī)�；�生產(chǎn)要求，目前只能作為實驗室小規(guī)模制備。

化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)首次在規(guī)�；�制備石墨烯的問題方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠�合物，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯，通過輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。這種薄膜在透光率為80%時電導(dǎo)率即可達到1.1×106S/m，成為目前透明導(dǎo)電薄膜的潛在替代品。用CVD法可以制備出高質(zhì)量大面積的石墨烯，但是理想的基片材料單晶鎳的價格太昂貴，這可能是影響石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)的重要因素。CVD法可以滿足規(guī)�；�制備高質(zhì)量石墨烯的要求，但成本較高，工藝復(fù)雜。

氧化-還原法

氧化-還原法制備成本低廉且容易實現(xiàn)，成為制備石墨烯的方法，而且可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯不易分散的問題。氧化-還原法是指將天然石墨與強酸和強氧化性物質(zhì)反應(yīng)生成氧化石墨(GO)，經(jīng)過超聲分散制備成氧化石墨烯(單層氧化石墨)，加入還原劑去除氧化石墨表面的含氧基團，如羧基、環(huán)氧基和羥基，得到石墨烯。

氧化-還原法被提出后，以其簡單易行的工藝成為實驗室制備石墨烯的簡便的方法，得到廣大石墨烯研究者的青睞。Ruoff等發(fā)現(xiàn)通過加入化學(xué)物質(zhì)例如二甲肼、對苯二酚、硼氫化鈉(NaBH4)和液肼等除去氧化石墨烯的含氧基團，就能得到石墨烯。氧化-還原法可以制備穩(wěn)定的石墨烯懸浮液，解決了石墨烯難以分散在溶劑中的問題。

氧化-還原法的缺點是宏量制備容易帶來廢液污染和制備的石墨烯存在一定的缺陷，例如，五元環(huán)、七元環(huán)等拓?fù)淙毕莼虼嬖?OH基團的結(jié)構(gòu)缺陷，這些將導(dǎo)致石墨烯部分電學(xué)性能的損失，使石墨烯的應(yīng)用受到限制。

溶劑剝離法

溶劑剝離法的原理是將少量的石墨分散于溶劑中，形成低濃度的分散液，利用超聲波的作用破壞石墨層間的范德華力，此時溶劑可以插入石墨層間，進行層層剝離，制備出石墨烯。此方法不會像氧化-還原法那樣破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，可以制備高質(zhì)量的石墨烯。在氮甲基吡咯烷酮中石墨烯的產(chǎn)率高(大約為8%)，電導(dǎo)率為6500S/m。研究發(fā)現(xiàn)高定向熱裂解石墨、熱膨脹石墨和微晶人造石墨適合用于溶劑剝離法制備石墨烯。溶劑剝離法可以制備高質(zhì)量的石墨烯，整個液相剝離的過程沒有在石墨烯的表面引入任何缺陷，為其在微電子學(xué)、多功能復(fù)合材料等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的應(yīng)用前景。缺點是產(chǎn)率很低。

溶劑熱法

溶劑熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中，采用有機溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，通過將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度)，在反應(yīng)體系中自身產(chǎn)生高壓而進行材料制備的一種有效方法。

溶劑熱法解決了規(guī)模化制備石墨烯的問題，同時也帶來了電導(dǎo)率很低的負(fù)面影響。為解決由此帶來的不足，研究者將溶劑熱法和氧化還原法相結(jié)合制備出了高質(zhì)量的石墨烯。Dai等發(fā)現(xiàn)溶劑熱條件下還原氧化石墨烯制備的石墨烯薄膜電阻小于傳統(tǒng)條件下制備石墨烯。溶劑熱法因高溫高壓封閉體系下可制備高質(zhì)量石墨烯的特點越來越受科學(xué)家的關(guān)注。溶劑熱法和其他制備方法的結(jié)合將成為石墨烯制備的又一亮點。

3. 導(dǎo)電劑的未來發(fā)展趨勢

隨著動力電池能量密度的提升，對導(dǎo)電劑的要求也是水漲船高，基于老李這么多年的研發(fā)經(jīng)驗，對于導(dǎo)電劑的發(fā)展趨勢主要在以下幾個方面;

1) 環(huán)保性 隨著技術(shù)的發(fā)展，正極也開始逐漸應(yīng)用水作為溶劑，這就要求導(dǎo)電劑不僅僅要親油，還得親水，易于分散;

2) 含量的降低 活性物質(zhì)的含量越來越高，非活性物質(zhì)的含量越來越低，這就要求導(dǎo)電劑的添加量必須很少，同時還能起到很好的導(dǎo)電效果;

3) 三維立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 復(fù)合導(dǎo)電劑的使用，無論是點接觸、線接觸、面接觸等等，都是為了構(gòu)建立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，利于鋰離子的穿梭;

4) 合成簡單、價格低廉

小結(jié)：本文主要介紹了鋰離子電池輔材中比較重要的組成部分——導(dǎo)電劑，從分類、導(dǎo)電機理、生產(chǎn)方式、未來的發(fā)展趨勢幾個方面做了詳細(xì)的介紹，相信廣大鋰電同仁們對導(dǎo)電劑有了初步的認(rèn)識，但在實際使用過程中，還需要結(jié)合實際材料的種類、勻漿的方式、需要滿足的電池的性能等多方面去考慮如何選擇一個合適的導(dǎo)電劑以及含量，這就需要長期的實踐的經(jīng)驗和理論的結(jié)合，相信在不就的將來，會有更多、更好的導(dǎo)電劑出現(xiàn)在人們的視野中。

參考文獻：

1. 導(dǎo)電劑在鋰離子電池的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

2. 碳納米管的制備以及應(yīng)用

3. 石墨烯行業(yè)深度報告：石墨烯研發(fā)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化趨勢

4. 石墨烯的制備綜述

5. Timcal鋰離子電池產(chǎn)品手冊

原標(biāo)題:鋰離子電池輔材系列之三——導(dǎo)電劑的發(fā)展以及趨勢