במערכת סוללות הליתיום-יון המסחרית הנוכחית, הגורם המגביל הוא בעיקר המוליכות החשמלית.בפרט, המוליכות הלא מספקת של חומר האלקטרודה החיובי מגבילה ישירות את פעילות התגובה האלקטרוכימית.יש צורך להוסיף חומר מוליך מתאים כדי לשפר את המוליכות של החומר ולבנות את הרשת המוליכה כדי לספק ערוץ מהיר להובלת אלקטרונים ולהבטיח שהחומר הפעיל מנוצל במלואו.לכן, הסוכן המוליך הוא גם חומר הכרחי בסוללת הליתיום יון ביחס לחומר הפעיל.

הביצועים של חומר מוליך תלוי במידה רבה במבנה החומרים ובאופנים שבהם הוא נמצא במגע עם החומר הפעיל.חומרים מוליכים לסוללת ליתיום יון בשימוש נפוץ הם בעלי המאפיינים הבאים:

(1) פחמן שחור: המבנה של פחמן שחור מתבטא במידת הצבירה של חלקיקי פחמן שחור לשרשרת או לצורת ענבים.החלקיקים העדינים, שרשרת הרשת הדחוסה בצפיפות, שטח הפנים הספציפי הגדול ומסת היחידה, מועילים ליצירת מבנה מוליך שרשרת באלקטרודה.כנציג של סוכנים מוליכים מסורתיים, פחמן שחור הוא כיום הסוכן המוליך הנפוץ ביותר.החיסרון הוא שהמחיר גבוה וקשה לפיזור.

(2)גרָפִיט: גרפיט מוליך מאופיין בגודל חלקיקים קרוב לזה של החומרים הפעילים החיוביים והשליליים, שטח פנים ספציפי בינוני ומוליכות חשמלית טובה.הוא פועל כצומת של הרשת המוליכה בסוללה, ובאלקטרודה השלילית, הוא יכול לא רק לשפר את המוליכות, אלא גם את הקיבולת.

(3) P-Li: Super P-Li מאופיין בגודל חלקיקים קטן, בדומה לפחמן שחור מוליך, אך שטח פנים ספציפי בינוני, במיוחד בצורת ענפים בסוללה, דבר שהוא יתרון רב ליצירת רשת מוליכה.החיסרון הוא שקשה לפיזור.

(4)ננו-צינוריות פחמן (CNT): CNTs הם סוכנים מוליכים שהופיעו בשנים האחרונות.בדרך כלל יש להם קוטר של כ 5nm ואורך של 10-20um.הם יכולים לא רק לשמש כ"חוטים" ברשתות מוליכות, אלא גם להיות בעלי אפקט שכבת אלקטרודה כפולה כדי להעניק משחק למאפיינים הגבוהים של קבלי-על.המוליכות התרמית הטובה שלו תורמת גם לפיזור חום במהלך טעינה ופריקה של הסוללה, להפחית את קיטוב הסוללה, לשפר את ביצועי הסוללה בטמפרטורה גבוהה ונמוכה ולהאריך את חיי הסוללה.

כחומר מוליך, ניתן להשתמש ב-CNT בשילוב עם חומרים שונים של אלקטרודות חיוביות כדי לשפר את הקיבולת, הקצב וביצועי המחזור של החומר/סוללה.חומרי האלקטרודה החיוביים שניתן להשתמש בהם כוללים: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, אלקטרודה חיובית פולימר, Li3V2(PO4)3, תחמוצת מנגן וכדומה.

בהשוואה לחומרים מוליכים נפוצים אחרים, לננו-צינורות פחמן יש יתרונות רבים כסוכנים מוליכים חיוביים ושליליים עבור סוללות ליתיום יון.לננו-צינוריות פחמן יש מוליכות חשמלית גבוהה.בנוסף, ל-CNT יש יחס רוחב-גובה גדול, וכמות תוספת נמוכה יותר יכולה להשיג סף חלחול דומה לתוספים אחרים (שמירה על מרחק האלקטרונים בתרכובת או הגירה מקומית).מאחר שננו-צינוריות פחמן יכולות ליצור רשת הובלה אלקטרונית יעילה ביותר, ניתן להשיג ערך מוליכות דומה לזה של תוסף חלקיקים כדוריים עם רק 0.2% משקל של SWCNTs.

(5)גרפןהוא סוג חדש של חומר פחמן מישורי גמיש דו מימדי עם מוליכות חשמלית ותרמית מצוינת.המבנה מאפשר לשכבת יריעת הגרפן להיצמד לחלקיקי החומר הפעיל, ולספק מספר רב של אתרי מגע מוליכים לחלקיקי החומר הפעילים של האלקטרודה החיובית והשלילית, כך שניתן להוליך את האלקטרונים בחלל דו מימדי ליצירת רשת מוליכה בשטח גדול.לכן זה נחשב לסוכן המוליך האידיאלי כרגע.

הפחמן השחור והחומר הפעיל נמצאים במגע נקודתי, ויכולים לחדור לתוך חלקיקי החומר הפעיל כדי להגדיל באופן מלא את יחס הניצול של החומרים הפעילים.ננו-צינורות הפחמן נמצאים במגע קו נקודתי, וניתן לשלב אותם בין החומרים הפעילים ליצירת מבנה רשת, אשר לא רק מגביר את המוליכות, בו-זמנית, הוא יכול גם לשמש כחומר מליטה חלקי, ומצב המגע של גרפן. הוא מגע נקודתי, שיכול לחבר את פני החומר הפעיל ליצירת רשת מוליכה בשטח גדול כגוף עיקרי, אך קשה לכסות לחלוטין את החומר הפעיל.גם אם כמות הגרפן הנוספת גדלה ברציפות, קשה לנצל לחלוטין את החומר הפעיל, ולפזר יוני Li ולדרדר את ביצועי האלקטרודה.לכן, לשלושת החומרים הללו יש מגמה משלימה טובה.ערבוב פחמן שחור או ננו-צינורות פחמן עם גרפן כדי לבנות רשת מוליכה שלמה יותר יכול לשפר עוד יותר את הביצועים הכוללים של האלקטרודה.

בנוסף, מנקודת המבט של הגרפן, הביצועים של הגרפן משתנים משיטות הכנה שונות, בדרגת ההפחתה, גודל היריעה ויחס הפחמן השחור, הפיזור ועובי האלקטרודה כולם משפיעים על הטבע. של סוכנים מוליכים מאוד.ביניהם, מאחר שתפקידו של הסוכן המוליך הוא לבנות רשת מוליכה להובלת אלקטרונים, אם הסוכן המוליך עצמו אינו מפוזר היטב, קשה לבנות רשת מוליכה יעילה.בהשוואה לחומר המוליך הפחמן השחור המסורתי, לגרפן יש שטח פנים ספציפי גבוה במיוחד, ואפקט המצומד π-π מקל על הצטברות ביישומים מעשיים.לכן, איך לגרום לגרפן להוות מערכת פיזור טובה ולנצל עד תום את הביצועים המצוינים שלו היא בעיה מרכזית שצריכה להיפתר ביישום הנרחב של גרפן.