Im aktuellen kommerziellen Lithium-Ionen-Batteriesystem ist der limitierende Faktor hauptsächlich die elektrische Leitfähigkeit.Insbesondere die unzureichende Leitfähigkeit des positiven Elektrodenmaterials schränkt die Aktivität der elektrochemischen Reaktion direkt ein.Es ist notwendig, ein geeignetes leitfähiges Mittel hinzuzufügen, um die Leitfähigkeit des Materials zu verbessern und das leitfähige Netzwerk aufzubauen, um einen schnellen Kanal für den Elektronentransport bereitzustellen und sicherzustellen, dass das aktive Material vollständig genutzt wird.Daher ist das leitfähige Mittel im Vergleich zum aktiven Material auch ein unverzichtbares Material in der Lithium-Ionen-Batterie.

Die Leistung eines leitfähigen Mittels hängt in hohem Maße von der Struktur des Materials und der Art und Weise ab, wie es mit dem aktiven Material in Kontakt kommt.Häufig verwendete Leitmittel für Lithium-Ionen-Batterien weisen die folgenden Eigenschaften auf:

(1) Ruß: Die Struktur von Ruß wird durch den Grad der Aggregation der Rußpartikel zu einer Kette oder Traubenform ausgedrückt.Die feinen Partikel, die dicht gepackte Netzwerkkette, die große spezifische Oberfläche und die Einheitsmasse tragen zur Bildung einer leitenden Kettenstruktur in der Elektrode bei.Als Vertreter der traditionellen Leitmittel ist Ruß derzeit das am häufigsten verwendete Leitmittel.Der Nachteil besteht darin, dass der Preis hoch ist und die Verteilung schwierig ist.

(2)Graphit: Leitfähiger Graphit zeichnet sich durch eine Partikelgröße aus, die der der positiven und negativen aktiven Materialien nahekommt, eine moderate spezifische Oberfläche und eine gute elektrische Leitfähigkeit.Es fungiert als Knotenpunkt des leitfähigen Netzwerks in der Batterie und kann in der negativen Elektrode nicht nur die Leitfähigkeit, sondern auch die Kapazität verbessern.

(3) P-Li: Super P-Li zeichnet sich durch eine kleine Partikelgröße aus, ähnlich wie leitfähiger Ruß, aber eine moderate spezifische Oberfläche, insbesondere in Form von Verzweigungen in der Batterie, was für die Bildung eines leitfähigen Netzwerks sehr vorteilhaft ist.Der Nachteil besteht darin, dass es schwierig zu verteilen ist.

(4)Kohlenstoffnanoröhren (CNTs): CNTs sind leitfähige Wirkstoffe, die in den letzten Jahren auf dem Vormarsch sind.Sie haben im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa 5 nm und eine Länge von 10–20 μm.Sie können nicht nur als „Drähte“ in leitenden Netzwerken fungieren, sondern haben auch den Doppelelektrodenschichteffekt, um die Hochgeschwindigkeitseigenschaften von Superkondensatoren zu nutzen.Seine gute Wärmeleitfähigkeit trägt auch zur Wärmeableitung beim Laden und Entladen der Batterie bei, verringert die Polarisierung der Batterie, verbessert die Leistung der Batterie bei hohen und niedrigen Temperaturen und verlängert die Batterielebensdauer.

Als leitfähiges Mittel können CNTs in Kombination mit verschiedenen positiven Elektrodenmaterialien verwendet werden, um die Kapazität, Rate und Zyklusleistung des Materials/der Batterie zu verbessern.Zu den positiven Elektrodenmaterialien, die verwendet werden können, gehören: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, Polymer-Positivelektrode, Li3V2(PO4)3, Manganoxid und dergleichen.

Im Vergleich zu anderen gängigen Leitmitteln bieten Kohlenstoffnanoröhren viele Vorteile als positive und negative Leitmittel für Lithium-Ionen-Batterien.Kohlenstoffnanoröhren haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit.Darüber hinaus haben CNTs ein großes Aspektverhältnis und eine geringere Zugabemenge kann eine Perkolationsschwelle ähnlich wie bei anderen Additiven erreichen (Aufrechterhaltung des Elektronenabstands in der Verbindung oder lokale Migration).Da Kohlenstoffnanoröhren ein hocheffizientes Elektronentransportnetzwerk bilden können, kann mit nur 0,2 Gew.-% SWCNTs ein Leitfähigkeitswert ähnlich dem eines kugelförmigen Partikeladditivs erreicht werden.

(5)Graphenist ein neuartiges zweidimensional flexibles, planares Kohlenstoffmaterial mit hervorragender elektrischer und thermischer Leitfähigkeit.Die Struktur ermöglicht es der Graphenschicht, an den Aktivmaterialpartikeln zu haften und eine große Anzahl leitender Kontaktstellen für die Aktivmaterialpartikel der positiven und negativen Elektrode bereitzustellen, sodass die Elektronen in einem zweidimensionalen Raum geleitet werden können, um eine zu bilden großflächiges leitfähiges Netzwerk.Daher gilt es derzeit als das ideale Leitmittel.

Der Ruß und das Aktivmaterial stehen in Punktkontakt und können in die Partikel des Aktivmaterials eindringen, um den Nutzungsgrad der Aktivmaterialien vollständig zu erhöhen.Die Kohlenstoffnanoröhren stehen in Punktlinienkontakt und können zwischen den aktiven Materialien verteilt werden, um eine Netzwerkstruktur zu bilden, die nicht nur die Leitfähigkeit erhöht, sondern gleichzeitig auch als teilweises Bindemittel und den Kontaktmodus von Graphen fungieren kann Es handelt sich um einen Punkt-zu-Fläche-Kontakt, der die Oberfläche des aktiven Materials zu einem großflächigen leitfähigen Netzwerk als Hauptkörper verbinden kann, es ist jedoch schwierig, das aktive Material vollständig abzudecken.Selbst wenn die Menge an zugesetztem Graphen kontinuierlich erhöht wird, ist es schwierig, das aktive Material vollständig zu nutzen, Li-Ionen zu diffundieren und die Elektrodenleistung zu verschlechtern.Daher haben diese drei Materialien einen guten Komplementärtrend.Das Mischen von Ruß oder Kohlenstoffnanoröhren mit Graphen zum Aufbau eines vollständigeren leitfähigen Netzwerks kann die Gesamtleistung der Elektrode weiter verbessern.

Darüber hinaus variiert die Leistung von Graphen aus Sicht von Graphen je nach Herstellungsmethode, da sich der Grad der Reduktion, die Größe der Folie und das Verhältnis von Ruß, die Dispergierbarkeit und die Dicke der Elektrode auf die Beschaffenheit auswirken von leitfähigen Stoffen erheblich.Da die Funktion des leitenden Mittels darin besteht, ein leitendes Netzwerk für den Elektronentransport aufzubauen, ist es schwierig, ein wirksames leitendes Netzwerk aufzubauen, wenn das leitende Mittel selbst nicht gut dispergiert ist.Im Vergleich zum herkömmlichen Leitmittel Ruß weist Graphen eine extrem große spezifische Oberfläche auf und der π-π-Konjugateffekt erleichtert die Agglomeration in praktischen Anwendungen.Daher ist die Frage, wie man Graphen dazu bringt, ein gutes Dispersionssystem zu bilden und seine hervorragende Leistung voll auszunutzen, ein Schlüsselproblem, das bei der weit verbreiteten Anwendung von Graphen gelöst werden muss.