En el actual sistema comercial de baterías de iones de litio, el factor limitante es principalmente la conductividad eléctrica.En particular, la conductividad insuficiente del material del electrodo positivo limita directamente la actividad de la reacción electroquímica.Es necesario agregar un agente conductor adecuado para mejorar la conductividad del material y construir la red conductora para proporcionar un canal rápido para el transporte de electrones y garantizar que el material activo se utilice por completo.Por lo tanto, el agente conductor también es un material indispensable en la batería de iones de litio en relación con el material activo.

El desempeño de un agente conductor depende en gran medida de la estructura de los materiales y de las formas en que está en contacto con el material activo.Los agentes conductores de baterías de iones de litio de uso común tienen las siguientes características:

(1) Negro de carbón: La estructura del negro de carbón se expresa por el grado de agregación de las partículas de negro de carbón en una cadena o en forma de uva.Las partículas finas, la cadena de red densamente empaquetada, la gran superficie específica y la unidad de masa, que son beneficiosas para formar una estructura conductora de cadena en el electrodo.Como representante de los agentes conductores tradicionales, el negro de carbón es actualmente el agente conductor más utilizado.La desventaja es que el precio es alto y es difícil de dispersar.

(2)Grafito: El grafito conductor se caracteriza por un tamaño de partícula cercano al de los materiales activos positivos y negativos, un área de superficie específica moderada y una buena conductividad eléctrica.Actúa como un nodo de la red conductora en la batería, y en el electrodo negativo, no solo puede mejorar la conductividad, sino también la capacidad.

(3) P-Li: Super P-Li se caracteriza por un tamaño de partícula pequeño, similar al negro de carbón conductor, pero un área de superficie específica moderada, especialmente en forma de ramas en la batería, lo cual es muy ventajoso para formar una red conductora.La desventaja es que es difícil de dispersar.

(4)Nanotubos de carbono (CNT): Los CNT son agentes conductores que han surgido en los últimos años.Generalmente tienen un diámetro de unos 5 nm y una longitud de 10-20 um.No solo pueden actuar como "cables" en redes conductoras, sino que también tienen un efecto de doble capa de electrodo para aprovechar las características de alta velocidad de los supercondensadores.Su buena conductividad térmica también conduce a la disipación de calor durante la carga y descarga de la batería, reduce la polarización de la batería, mejora el rendimiento de la batería a altas y bajas temperaturas y prolonga la vida útil de la batería.

Como agente conductor, los CNT se pueden usar en combinación con varios materiales de electrodos positivos para mejorar la capacidad, la velocidad y el rendimiento del ciclo del material/batería.Los materiales de electrodo positivo que se pueden usar incluyen: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, electrodo positivo de polímero, Li3V2(PO4)3, óxido de manganeso y similares.

En comparación con otros agentes conductores comunes, los nanotubos de carbono tienen muchas ventajas como agentes conductores positivos y negativos para baterías de iones de litio.Los nanotubos de carbono tienen una alta conductividad eléctrica.Además, los CNT tienen una relación de aspecto grande y una cantidad de adición más baja puede lograr un umbral de percolación similar al de otros aditivos (manteniendo la distancia de los electrones en el compuesto o la migración local).Dado que los nanotubos de carbono pueden formar una red de transporte de electrones muy eficiente, se puede lograr un valor de conductividad similar al de un aditivo de partículas esféricas con solo un 0,2 % en peso de SWCNT.

(5)Grafenoes un nuevo tipo de material de carbono plano flexible bidimensional con excelente conductividad eléctrica y térmica.La estructura permite que la capa de lámina de grafeno se adhiera a las partículas de material activo y proporcione una gran cantidad de sitios de contacto conductivo para las partículas de material activo de electrodo positivo y negativo, de modo que los electrones puedan conducirse en un espacio bidimensional para formar un Red conductiva de gran superficie.Por lo tanto, se considera como el agente conductor ideal en la actualidad.

El negro de humo y el material activo están en contacto puntual y pueden penetrar en las partículas del material activo para aumentar completamente la tasa de utilización de los materiales activos.Los nanotubos de carbono están en contacto de línea puntual y se pueden intercalar entre los materiales activos para formar una estructura de red, lo que no solo aumenta la conductividad, al mismo tiempo, también puede actuar como un agente de unión parcial y el modo de contacto del grafeno. es el contacto punto a cara, que puede conectar la superficie del material activo para formar una red conductora de área grande como cuerpo principal, pero es difícil cubrir completamente el material activo.Incluso si la cantidad de grafeno agregado aumenta continuamente, es difícil utilizar completamente el material activo y difundir los iones de litio y deteriorar el rendimiento del electrodo.Por lo tanto, estos tres materiales tienen una buena tendencia complementaria.Mezclar negro de humo o nanotubos de carbono con grafeno para construir una red conductiva más completa puede mejorar aún más el rendimiento general del electrodo.

Además, desde la perspectiva del grafeno, el rendimiento del grafeno varía según los diferentes métodos de preparación, en el grado de reducción, el tamaño de la lámina y la proporción de negro de carbón, la dispersabilidad y el grosor del electrodo afectan la naturaleza. de agentes conductores en gran medida.Entre ellos, dado que la función del agente conductor es construir una red conductora para el transporte de electrones, si el propio agente conductor no está bien disperso, es difícil construir una red conductora eficaz.En comparación con el agente conductor de negro de carbón tradicional, el grafeno tiene un área de superficie específica ultra alta, y el efecto conjugado π-π facilita la aglomeración en aplicaciones prácticas.Por lo tanto, cómo hacer que el grafeno forme un buen sistema de dispersión y aprovechar al máximo su excelente rendimiento es un problema clave que debe resolverse en la aplicación generalizada del grafeno.