了解锂电池导电剂

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在锂电池领域，碳纳米管导电剂VS传统导电剂

在锂电池领域，碳纳米管导电剂VS传统导电剂锂离子电池是依赖锂离子在正负极之间的转移进行充放电的二次电池，主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。

导电剂则作为关键性的辅助材料，涂覆于正极材料和负极材料。

为什么要加导电剂？锂电正常的充放电过程，需要锂离子、电子的共同参与，这就要求锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体，电极反应也只能够发生在电解液、导电剂、活性材料的接合处；正极活性材料多为过渡金属氧化物或者过渡金属磷酸盐，它们是半导体或者绝缘体，导电性较差，必须要加入导电剂来改善导电性；负极石墨材料的导电性稍好，但是在多次充放电中，石墨材料的膨胀收缩，使石墨颗粒间的接触减少，间隙增大，甚至有些脱离集电极，成为死的活性材料，不再参与电极反应，所以也需要加入导电剂保持循环过程中的负极材料导电性的稳定。

导电剂核心作用：增加活性物质间的导电接触，提高电子电导率为了保证电极具有良好的充放电性能，在极片制作时通常加入一定量的导电剂，在活性物质之间、活性物质不集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电极的接触电阻，加速电子的移劢速率。

此外，导电剂可以提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，同时也能有效地提高锂离子在电极材料中的迁移速率，降低极化，从而提高电极的充放电效率和锂电池的使用寿命。

按照接触的导电形式，导电剂可以分为点接触导电网络、线接触导电网络和面接触导电网络，包括了SP炭黑、导电石墨、VGCF、碳纳米管和石墨烯。

炭黑类和导电石墨类属于传统导电剂，他们的相关技术已经较为完善，价格低廉，且被广泛应用于市场；而VGCF、碳纳米管和石墨烯则属于新型导电剂，有着区别于传统导电剂的导电式网络，能更好地提升电极材料的导电性能，从而降低了导电剂的添加量，提高活性物质的含量。

锂离子电池导电剂的相关研究_2

多组分导电剂纤维状导电剂由于是长的纤维，容易形成导电网络，但是和颗粒状导电剂相比，与正极活性材料的接触点较少。若在纤维状导电剂中加入颗粒状导电剂，就可以相得益彰，发挥两种材料的优势。Shen等将金属铝纤维(直径0.1～5μm，含量80(wt)%～98(wt)%)和铝粉体(粒径0.1~5μm，含量2(wt)%～20(wt)%)复合起来作为正极导电剂，明显降低了电极的内阻，提高了循环稳定性，可以大倍率充放电。 Shiyuuko 等用多组分导电剂，由纤维状碳(长径比20～100000，直径 0.001～2μm，含量1(wt)%～20(wt)%)和颗粒状碳(含量99(wt)%～80(wt)%)复合而成。其中的颗粒状碳中又包括晶体碳(含量90(wt)%～60(wt)%)和非晶体碳(含量10(wt)%～40(wt)%)。这种组成的导电剂有较好的大倍率充放电性能。张庆堂等也研究了乙炔黑和碳纳米管复合的双组分导电剂，单纯的碳纳米管分散好后，容易团聚，加入乙炔黑可以有利于碳纳米管的分散，穿插入碳纳米管之间的乙炔黑还可以阻碍分散好的碳纳米管的再次团聚，有利于碳纳米管在正极材料中均匀分散，提高了复合电极的循环稳定性。
由于磷酸铁锂作为活性材料本身导电性较差，虽经碳包覆等后续研究对其性能进行了改进，但其电极的内阻较大，放电深度不够等缺点还是会导致活性材料的利用率低，电极的残余容量大。因此，改善磷酸铁锂和集流体之间以及磷酸铁锂颗粒之间的导电性，选取高性能的导电剂至关重要。
几种正极材料的电导率
从表中可看出LiFePO4的电导率最低，LiNiO2的电导率最高，是LiFePO4的107倍。
第10页/共25页
a乙炔黑
第11页/共25页
b碳纳米管
c 炭黑（KB EC-600JD）
几种导电剂的SEM图

搞懂锂电池导电剂，这一篇就够了！

搞懂锂电池导电剂，这⼀篇就够了！作为锂离⼦电池的重要组成部分的导电剂，虽然其在电池中所占的份量较少，但很⼤程度地影响着锂离⼦电池的性能，对改善电池循环性能、容量发挥、倍率性能等有着很重要的作⽤。

和锂离⼦电池电极材料⼀样，导电剂也在不断的进化。

从最早的炭⿊材料，其特点是点状导电剂，也可以称作零维导电剂，主要通过颗粒之间的点接触提⾼导电性；到后来，逐渐发展出了导电碳纤维和碳纳⽶管这⼀类具有⼀维结构的导电剂，由于其纤维状结构，增⼤了与电极材料颗粒的接触，⼤⼤提⾼了电极的导电性，降低了极⽚电阻。

最近⽕热的⽯墨烯材料，如今也逐渐成为锂离⼦电池的新型导电材料，由于⽯墨烯具有⼆维的⽚层状结构，极⼤的增加了电极颗粒之间的接触，提⾼了导电性，并降低了导电剂的⽤量，提⾼了锂离⼦电池的能量密度。

⼀、导电剂的作⽤导电剂的⾸要作⽤是提⾼电⼦电导率。

为了保证电极具有良好的充放电性能，在极⽚制作时通常加⼊⼀定量的导电剂，在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作⽤，以减⼩电极的接触电阻，加速电⼦的移动速率。

此外，导电剂也可以提⾼极⽚加⼯性，促进电解液对极⽚的浸润，同时也能有效地提⾼锂离⼦在电极材料中的迁移速率，降低极化，从⽽提⾼电极的充放电效率和锂电池的使⽤寿命。

⼆、导电剂对⽐分析导电剂主要有颗粒状导电剂如⼄炔⿊、炭⿊等，导电⽯墨多为⼈造⽯墨，纤维状导电剂如⾦属纤维、⽓相法⽣长碳纤维、碳纳⽶管等，还有新型⽯墨烯及其混合导电浆料等作为导电剂使⽤。

这些导电剂拥有各⾃的优劣势，以下是⼀些常见的导电剂理化参数对⽐：下⾯介绍锂离⼦电池主要应⽤的⼏类导电剂：导电炭⿊Super-P Li，其中有⽀链结构的科琴⿊ECP，导电⽯墨KS-6、SFG-6，⽓相⽣长碳纤维VGCF，碳纳⽶管CNTs和⽯墨烯及其复合导电剂。

1、炭⿊：炭⿊在扫描电镜下呈链状或葡萄状，单个炭⿊颗粒具有⾮常⼤的⽐表⾯积。

⽐⽯墨有更好的离⼦和电⼦导电能⼒，炭⿊颗粒的⾼⽐表⾯积，堆积紧密有利于颗粒之间紧密接触在⼀起，组成了电极中的导电⽹络，有利于电解质的吸附⽽提⾼离⼦电导率。

锂电池正极浆料成分

锂电池正极浆料成分锂电池正极浆料是锂离子电池的重要组成部分之一，其成分直接关系到电池的性能和寿命。

一般来说，锂电池正极浆料主要由活性材料、导电剂、粘结剂、溶剂和添加剂等多种组分组成。

下面将详细介绍一下其中各组分的作用和特性。

（一）活性材料活性材料是正极浆料中最重要的成分之一，它直接决定了电池的能量密度和循环寿命。

常见的活性材料包括钴酸锂、三元材料和磷酸铁锂等。

其中，钴酸锂能够提供较高的比能量和比功率，但成本较高，同时，在高温和高电流下容易发生热失控；三元材料则具有较高的循环寿命和较低的自放电率，但比能量较低；磷酸铁锂则具有较高的安全性和较长的循环寿命，但比能量也相对较低。

（二）导电剂导电剂是正极浆料中的重要组成部分之一，其主要作用是提高正极浆料的导电性能，使其能够更快地传递电荷。

常用的导电剂包括碳黑、导电碳、金属纳米粉末等，其中，碳黑是最常用的导电剂之一，它具有较高的导电性能和良好的分散性能，能够显著提高正极浆料的电导率。

（三）粘结剂粘结剂是正极浆料中的一种黏合剂，主要作用是将浆料中的各组分粘合在一起，以增强电池的结构强度和稳定性。

一般来说，粘结剂的选择应该考虑其与活性材料和导电剂的相容性，能够提供足够的黏附力和弹性，同时不影响电池的性能和稳定性。

常用的粘结剂包括聚合物和羧甲基纤维素等。

（四）溶剂溶剂是正极浆料中用于调整浓度和黏度的一种成分，其主要作用是将其他组分均匀地分散在一起，以保证电池的稳定运行。

不同的溶剂在不同的温度和湿度下具有不同的性能，因此，在选择溶剂时应考虑其耐高温、耐湿度和相容性等因素。

常用的溶剂包括氢氧化丙酮、乙醇、二甘醇等。

（五）添加剂添加剂是正极浆料中的一种辅助成分，其主要作用是改善电池的性能和稳定性，延长其循环寿命和安全性。

常见的添加剂包括表面活性剂、膨胀剂、抗氧化剂、界面剂等。

这些添加剂能够改善电极与电解质的相容性，减轻电池内部的结构损伤，延长电解质的寿命，同时也能够提高电池的循环寿命和安全性。

锂电池导电剂比例和孔隙率_概述说明以及解释

锂电池导电剂比例和孔隙率概述说明以及解释1. 引言1.1 概述：本篇文章旨在探讨锂电池导电剂比例和孔隙率对锂电池性能的影响。

在锂电池领域，导电剂起着重要的作用，它们不仅可以提供电子传导路径，还可以促进离子传输。

同时，孔隙率是描述材料内部孔隙分布程度的参数，在锂电池中也具有关键影响。

1.2 文章结构：本文将按照以下顺序进行论述：首先，我们将简要介绍锂电池导电剂及其特点；其次，我们将详细探讨导电剂比例对锂电池性能的影响，并解释其原因；然后，我们将分析孔隙率与锂电池性能之间的关系，并探讨如何提高孔隙率及其均匀分布；最后，我们将总结本文的主要观点和结论。

1.3 目的：本文旨在帮助读者深入了解锂电池中导电剂比例和孔隙率对于锂电池性能的重要性以及相互关系。

通过对这些因素进行详细阐述和解释，期望读者能够更好地理解锂电池的工作原理，并为锂电池的设计和优化提供一定的指导。

2. 锂电池导电剂比例和孔隙率概述2.1 锂电池导电剂锂电池是一种重要的可再充电能源，其中导电剂在其中起到关键的作用。

导电剂通常由碳材料组成，如石墨、碳纳米管、碳黑等。

导电剂在锂离子嵌入和脱嵌过程中提供导电通道，确保锂离子的高速扩散，并且影响锂电池的功率密度、循环寿命和稳定性。

2.2 导电剂比例对锂电池性能的影响在锂离子嵌入过程中，适当的导电剂数量可以提供更多的传输通道，从而增加了整体的导电性能。

较高比例的导电剂数量还可以改善锂离子扩散动力学特性，提高功率密度。

然而，过量的导电剂数量可能会增加内阻并限制扩散速度，从而降低整体性能。

因此，在设计锂离子电池时，需要合理选择合适数量的导电剂以平衡其对性能的影响。

2.3 孔隙率与锂电池性能的关系孔隙率是指电池正负极材料中的空隙比例，高孔隙率可以提供更多的空间用于锂离子嵌入和脱嵌反应，并且可以增加电极材料的有效表面积。

这将有助于提高锂离子的扩散速率、容量和循环寿命。

然而，过高的孔隙率可能导致电极结构不稳定，容易产生变形和剥离等问题，从而降低电池的循环寿命和稳定性。

日本锂电池导电剂的发展状况

日本锂电池导电剂的发展状况
日本锂电是走在锂电行业的先锋，最近几年锂离子电池的蓬勃发展推动了锂离子电池各种原材料（导电液、隔膜、铜箔、铝箔、正负极材料、粘结剂、导电剂）的研究，日本也做出了突出贡献，尤其在隔膜、电解液、粘结剂和导电剂方面，我这里着重的说一下导电
剂。

前期，日本用乙炔黑做导电剂，其中以SP为代表，该产品的导电性和分散性都很好地满足了锂电前期的生产要求；另外也有美国产的灯黑，但是用量不是很大，在美国用的比较多些。

中期，日本出现了科琴黑，以EC-300J为代表，其导电效果有很大提高。

中后期，铁锂出现，由于其安全性相对卓越，但是导电性欠佳，所以就要求导电剂导电效果更好，故日本企业都开始用ECP，其卓越的导电性弥补了铁锂的导电性不足的缺陷，更让电容量有了很大提高，以前用SP的时候，添加量一般为5%左右，现在添加ECP超级导电炭黑，只要添加1~2%就能满足要求，可以大幅提高活性物质的添加量，并且，ECP受温度影响很小，更增大了ECP的应用领域。

ECP 还有一个优点是：分子结构为独特的支链网状结构，稳定性很好，故能满足高倍率、大容量、高电流的锂离子电池的需求。

随着航天技术的提高，对电子零部件的要求业越来越高，电池也不例外，所以很多以军工和航天的客户为基准的电池厂家又在选择更好的超级导电剂，ECP-600JD就满足了这个超高要求。

现在，目前日本企业：三菱、索尼、三洋、松下等公司锂电基
本都用的是ECP或者ECP-600JD。

未来，随着电池正极材料的不断跟新，可能还有更好的超级导电剂出现。

我们期待着。

常规锂电池导电剂材料对比分析

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
常规锂电池导电剂材料对比分析
随着锂电池的商品化越来越广泛，锂电池的电池在正极材料表面的充放电过程是当电池放电时候，处于孔中的锂离子进入正极活性物质中，如果电流加大则极化增加，放电困难，这样电子间的导电性就较差，光靠活性物质本省的导电性是远远不够的，为了保证电极有良好的充放电性能，在极片制作时通常加入一定量的导电剂，在活性物质之间与集流体起到收集微电流的作用。

随着锂电池的商品化越来越广泛，锂电池的电池在正极材料表面的充放
电过程是当电池放电时候，处于孔中的锂离子进入正极活性物质中，如果电流加大则极化增加，放电困难，这样电子间的导电性就较差，光靠活性物质本省的导电性是远远不够的，为了保证电极有良好的充放电性能，在极片制作时通常加入一定量的导电剂，在活性物质之间与集流体起到收集微电流的作用。

导电剂综述
作为锂离子电池导电剂材料使用的主要有常规导电剂SUPER-P、KS-6、
导电石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维VGCF等，这些导电剂拥有各自的优劣势。

具体来看：
导电剂的应用
01:SP
目前国内锂离子电池导电剂还是以常规导电剂SP为主。

炭黑具有更好
的离子和电子导电能力，因为炭黑具有更大的比表面积，所以有利于电解
专注下一代成长，为了孩子。

锂离子电池导电剂简介

800
440-510 /
水分%wt <1.0 <1.0 /
34 39.9 挥发度
/ 1.0% max
/
孔积率%
/
77.7 59.7 灰分
/ 0.05% max
/
颗粒直径 pH值 200目%
/
>98%
8-10
>98%
/
表观密度颗粒直径 kg/m3 300目%
22-35
>80%
17-50
>80%
二、炭黑类导电剂
Ensaco TM250G和350GSEM图
二、炭黑类导电剂
2.7 炭黑产品参数
Ø 特密高公司
炭黑导电剂
TIMCAL特密高炭黑
Super PTMLi
EnsacoTM 炭黑-应用 250G 于正负极中 EnsacoTM
260G EnsacoTM
350G
硫含量 ppm
50-100 50-100 50-100 50-100
（1）SP在锂离子电池中的作用更多的是以150~200nm的原生聚集体分散到活性物质周围形成多支链状导电网络，从而减小电池的物理内阻，提高电子传导性。
（2）SP的OAN值（吸油值，SP的OAN值为6.4ml/g）所发挥的作用，也就是吸收电解液和保持电解液的能力，即提高离子的传导性。
乙炔炭黑（简称AB）Fra bibliotek一、导电剂概述
1.3 导电剂导电机理
Ø 1、电子导电性各类导电剂通过自身形成的导电网络、增强活性物质之间的接
触、或增强活性物质之间的导电网络等方式，通过自身物理连接作用起到对锂离子电池物理极化的改善作用。决定因素：导电剂自身导电性、形成网络数量、接触面积等。 Ø 2、离子导电性

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了解锂电池导电剂
一、锂电池中加入导电剂的目的
锂电池在充放电循环中，正负极极片上有电流通过时，就会有净反应发生，表明电极失去了原有的平衡状态，电极电位将偏离平衡电位，就产生了常说的极化。

锂电池极化可以分为欧姆极化、电化学极化和浓差极化。

极化电压是反应锂离子电池内部电化学反应的重要参数，如果极化电压长期不合理，则会导致负极锂金属析出加快，严重情况下会刺穿隔膜导致短路。

据锂电池初期实验数据，单纯依靠活物质的导电性是不足以满足电子迁移速率要求的，为了使电子能够快速移动归位，出现了导电剂的加入。

导电剂的首要作用是提高电子电导率。

导电剂在具活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用以减小电极的接触电阻，提高锂电池中电子的迁移速率，降低电池极化。

此外，导电剂也可以提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，从而提高锂电池的使用寿命。

二、常用锂电池导电剂
常用的锂电池导电剂可以分为传统导电剂（如炭黑、导电石墨、碳纤维等）和新型导电剂（如碳纳米管、石墨烯及
其混合导电浆料等）。

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)、科琴黑(KB)、气相生长碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)等等。

（1）炭黑
炭黑在扫描电镜下呈链状或葡萄状，单个炭黑颗粒具有非常大的比表面积（700m2/g）。

炭黑颗粒的高比表面积、堆积紧密有利于颗粒之间紧密接触在一起，组成了电极中的导电网络。

比表面较大带来的工艺问题是分散困难、具有较强的吸油性，这就需要通过改善活物质、导电剂的混料工艺来提高其分散性，并将炭黑量控制在一定范围内（通常是1.5%以下），炭黑形态及其在活物质中混合状态如图1所示。

（2）导电石墨
导电石墨也具有较好的导电性，其本身颗粒较接近活物质颗粒粒径，颗粒与颗粒之间呈点接触的形式，可以构成一定规模的导电网络结构，提高导电速率的同时用于负极时更
可提高负极容量。

（3）碳纤维（VGCF）
导电碳纤维具有线性结构，在电极中容易形成良好的导电网络，表现出较好的导电性，因而减轻电极极化，降低电池内阻及改善电池性能。

在碳纤维作为导电剂的电池内部，活物质与导电剂接触形式为点线接触，相比于导电炭黑与导电石墨的点点接触形式，不仅有利于提高电极导电性，更能降低导电剂用量，提高电池容量。

VGCF和导电炭黑在活物质中分散状态比较如图2所示：
（4）碳纳米管（CNT）
CNT可以分为单壁CNT和多壁CNT，一维结构的碳纳米管与纤维类似呈长柱状，内部中空。

利用碳纳米管作为导电剂可以较好的布起完善的导电网络，其与活物质也是呈点线
接触形式，对于提高电池容量（提高极片压实密度）、倍率性能、电池循环寿命和降低电池界面阻抗具有很大的作用。

目前，比亚迪、中航锂电部分产品使用CNT作为导电剂，经反响具有不错的效果。

碳纳米管可分为纠缠式和阵列式两种成长状态，无论是哪种形式其应用于锂电池中都存在一个问题就是分散，目前可以通过高速剪切、添加分散剂、做成分散浆料、超细磨珠静电分散等工艺解决。

（5）石墨烯
石墨烯作为新型导电剂，由于其独特的片状结构（二维结构），与活性物质的接触为点-面接触而不是常规的点点接触形式，这样可以最大化的发挥导电剂等作用，减少导电剂的用量，从而可以多使用活性物质，提升锂电池容量。

但是由于其成本较高，分散困难、具有阻碍锂离子传输等弊端尚未完全被工业化应用。

（6）二元、三元导电浆料
在最新的研究进展中，部分锂电池选用的导电剂是CNT、石墨烯、导电炭黑之间两者或三者的混合浆料。

将导电剂复合做成导电浆料是工业应用的需求，也是导电剂之间相互协同、激发作用的结果。

无论是炭黑、石墨烯还是CNT，将其三者单独使用时已经很大的分散难度，如果想要将其与活物
质均匀混合，则需要在未进行电极浆料搅拌之前，将其分散开然后再投入使用。

三元浆料用于正极活物质搅拌状态如图3所示：
三、导电剂的未来
导电剂的形态、种类各异，其微观结构是影响导电性能的重要因素。

从炭黑的颗粒状到碳纤维、CNT的一维结构再到现在的石墨烯二维片状结构，这是一个不断改进的过程。

在实际应用中，炭黑作为导电剂应用已经非常广泛，工艺也非常成熟了。

CNT作为导电剂应用于动力电池已经过较多厂商试验、应用，取得了很好的效果。

但是石墨烯由于其成本、工艺问题还没有大面积应用于导电剂行业。

每种导电剂都各有其优势，取长补短，多元混合的导电浆料将是未来导电剂的主流发展方向。