导电剂行业报告：新型导电剂（27页）

导电剂是添加在锂离子电池电极中，以建立更高效的导电网络，提高电池倍率性能和循 环寿命的一种材料：与传统的铅酸（lead acid）、镍镉（Ni-Cd）和镍氢（Ni-MH）电池等 相比，锂离子（Li-ion）电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、质量轻、自放 电小、无污染、无记忆效应等突出特点，已广泛应用于移动电话、照相机、小型摄像机、 笔记本电脑等 3C 数码领域，作为动力电源在电动车中得到推广，还将在储能电站、智能 电网、军事、航天航空等领域逐步渗透。锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜和粘 结剂、导电剂等其他附属材料组成，在目前的锂离子电池体系中，常用正极材料为过渡 金属氧化物，如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等，常用负极材料为石墨、硅基 材料等。正极材料本身的离子与电子电导率较低，电阻值较高，容易引起电极极片的极 化，是限制电池充放电循环和倍率性能的主要因素。为了建立更高效的电池正负极材料 之间的导电网络和结构，通常需要在制作电极时加入一定量的碳类导电剂，在活性物质 之间、活性物质与集流体之间形成更多的电子和离子通道，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，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使 用寿命。

最早的导电炭黑类、导电石墨类材料为点状结构，也称零维导电剂，主要是通 过颗粒之间的点接触提高导电性；导电碳纤维主要包括碳纳米管（CNTs）和气相生长碳 纤维（VGCF），具有一维的纤维状结构，CNTs 是 1991 年被明确报道的一种碳纳米结构， 是由石墨烯片层沿轴线卷曲而成的无缝、中空的管状材料，按照石墨烯片层数可分为单 壁碳纳米管和多壁碳纳米管，由于其纤维状结构，可以穿插在活性物质间，增大了与电 极材料颗粒的接触，在大大提高导电率的同时也可以起到物理粘结剂的作用，而 VGCF 是由石墨烯片卷成的无缝圆锥面堆叠而成，类似鲱鱼骨的形状，因结晶度低、导电性差， 各项性能均劣于 CNTs，目前已不是研究热点；石墨烯（GN）是 2004 年被首次发现，具 有二维的片层状结构，有着优良的导电性和导热性，这种结构使得石墨烯片层可以附着 在活性物质颗粒上，为正负极活性物质颗粒提供大量的导电接触位点，使电子在二维空 间内传导，构成一个大面积的导电网络。

新型导电剂材料性能优于传统材料，碳纳米管+石墨烯复合导电剂阻抗最低，在单一材料 导电剂里碳纳米管导电剂性能最优：不同材料的导电剂体系阻抗不同，阻抗越低，代表 导电性能越好。在单一材料导电剂里，碳纳米管导电剂阻抗最低，性能最好，而石墨烯 导电剂单独使用时效果较差，主要是由于 GN 的二维片状结构，会对 Li+产生位阻效应。在实际应用中，炭黑作为传统的导电剂工艺已经相当成熟，应用非常广泛，价格比较稳 定，添加量一般比较大。石墨导电剂基本为人造石墨，颗粒比较大，有更好的压缩性和 分散性，可改善极片颗粒的压实性能，同时用于负极更可提高负极容量，一般配合炭黑 使用。随着新能源汽车对锂电池能量密度和续航里程要求的提高，导电性能更加优异的 碳纳米管和石墨烯等新型导电剂越来越受到重视。相比传统导电剂，新型导电剂对电池 容量、倍率、循环有更加明显的改善。