Nell'attuale sistema commerciale di batterie agli ioni di litio, il fattore limitante è principalmente la conducibilità elettrica.In particolare, l'insufficiente conduttività del materiale dell'elettrodo positivo limita direttamente l'attività della reazione elettrochimica.È necessario aggiungere un agente conduttivo adatto per migliorare la conduttività del materiale e costruire la rete conduttiva per fornire un canale veloce per il trasporto di elettroni e garantire che il materiale attivo sia completamente utilizzato.Pertanto, l'agente conduttivo è anche un materiale indispensabile nella batteria agli ioni di litio rispetto al materiale attivo.

Le prestazioni di un agente conduttivo dipendono in larga misura dalla struttura dei materiali e dalle modalità con cui viene a contatto con il materiale attivo.Gli agenti conduttivi delle batterie agli ioni di litio comunemente usati hanno le seguenti caratteristiche:

(1) Nerofumo: la struttura del nerofumo è espressa dal grado di aggregazione delle particelle di nerofumo in una catena o in una forma a grappolo.Le particelle fini, la catena di rete densamente imballata, l'ampia superficie specifica e la massa unitaria, che sono utili per formare una struttura conduttiva a catena nell'elettrodo.Come rappresentante degli agenti conduttivi tradizionali, il nerofumo è attualmente l'agente conduttivo più utilizzato.Lo svantaggio è che il prezzo è alto ed è difficile disperdere.

(2)Grafite: La grafite conduttiva è caratterizzata da una dimensione delle particelle vicina a quella dei materiali attivi positivi e negativi, una superficie specifica moderata e una buona conduttività elettrica.Agisce come un nodo della rete conduttiva nella batteria e nell'elettrodo negativo, può non solo migliorare la conduttività, ma anche la capacità.

(3) P-Li: Super P-Li è caratterizzato da una piccola dimensione delle particelle, simile al nerofumo conduttivo, ma da una superficie specifica moderata, specialmente sotto forma di diramazioni nella batteria, che è molto vantaggiosa per formare una rete conduttiva.Lo svantaggio è che è difficile da disperdere.

(4)Nanotubi di carbonio (CNT): I CNT sono agenti conduttivi emersi negli ultimi anni.Generalmente hanno un diametro di circa 5nm e una lunghezza di 10-20um.Non solo possono agire come "fili" nelle reti conduttive, ma hanno anche un effetto a doppio strato di elettrodo per sfruttare le caratteristiche ad alta velocità dei supercondensatori.La sua buona conduttività termica favorisce anche la dissipazione del calore durante la carica e la scarica della batteria, riduce la polarizzazione della batteria, migliora le prestazioni della batteria ad alta e bassa temperatura e prolunga la durata della batteria.

Come agente conduttivo, i CNT possono essere utilizzati in combinazione con vari materiali per elettrodi positivi per migliorare la capacità, la velocità e le prestazioni del ciclo del materiale/batteria.I materiali dell'elettrodo positivo che possono essere utilizzati includono: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, elettrodo positivo polimerico, Li3V2(PO4)3, ossido di manganese e simili.

Rispetto ad altri comuni agenti conduttivi, i nanotubi di carbonio presentano molti vantaggi come agenti conduttivi positivi e negativi per le batterie agli ioni di litio.I nanotubi di carbonio hanno un'elevata conduttività elettrica.Inoltre, i CNT hanno un rapporto di aspetto elevato e una quantità di aggiunta inferiore può raggiungere una soglia di percolazione simile ad altri additivi (mantenendo la distanza degli elettroni nel composto o la migrazione locale).Poiché i nanotubi di carbonio possono formare una rete di trasporto di elettroni altamente efficiente, è possibile ottenere un valore di conducibilità simile a quello di un additivo di particelle sferiche con solo lo 0,2% in peso di SWCNT.

(5)Grafeneè un nuovo tipo di materiale in carbonio planare flessibile bidimensionale con eccellente conducibilità elettrica e termica.La struttura consente allo strato del foglio di grafene di aderire alle particelle di materiale attivo e fornisce un gran numero di siti di contatto conduttivi per le particelle di materiale attivo dell'elettrodo positivo e negativo, in modo che gli elettroni possano essere condotti in uno spazio bidimensionale per formare un rete conduttiva di grandi dimensioni.Quindi è considerato attualmente l'agente conduttivo ideale.

Il nerofumo e il materiale attivo sono in contatto puntuale e possono penetrare nelle particelle del materiale attivo per aumentare completamente il rapporto di utilizzo dei materiali attivi.I nanotubi di carbonio sono in contatto a punti e possono essere intervallati tra i materiali attivi per formare una struttura di rete, che non solo aumenta la conduttività, ma allo stesso tempo può anche fungere da agente legante parziale e la modalità di contatto del grafene è un contatto punto a faccia, che può collegare la superficie del materiale attivo per formare una rete conduttiva di ampia area come corpo principale, ma è difficile coprire completamente il materiale attivo.Anche se la quantità di grafene aggiunta viene continuamente aumentata, è difficile utilizzare completamente il materiale attivo, diffondere ioni Li e deteriorare le prestazioni dell'elettrodo.Pertanto, questi tre materiali hanno un buon andamento complementare.La miscelazione di nerofumo o nanotubi di carbonio con grafene per costruire una rete conduttiva più completa può migliorare ulteriormente le prestazioni complessive dell'elettrodo.

Inoltre, dal punto di vista del grafene, le prestazioni del grafene variano a seconda dei diversi metodi di preparazione, il grado di riduzione, la dimensione del foglio e il rapporto di nerofumo, la disperdibilità e lo spessore dell'elettrodo influiscono tutti sulla natura di agenti conduttivi notevolmente.Tra questi, poiché la funzione dell'agente conduttivo è quella di costruire una rete conduttiva per il trasporto di elettroni, se l'agente conduttivo stesso non è ben disperso, è difficile costruire una rete conduttiva efficace.Rispetto al tradizionale agente conduttivo nerofumo, il grafene ha un'area superficiale specifica molto elevata e l'effetto coniugato π-π facilita l'agglomerazione nelle applicazioni pratiche.Pertanto, come fare in modo che il grafene formi un buon sistema di dispersione e sfruttare appieno le sue eccellenti prestazioni è un problema chiave che deve essere risolto nell'applicazione diffusa del grafene.