במערכת סוללות הליתיום-יון המסחריות 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 תעלה מהירה להובלת אלקטרונים ומבטיחה כי החומר הפעיל מנוצל במלואו. לפיכך, החומר המוליך הוא גם חומר חיוני בסוללת ליתיום יון ביחס לחומר הפעיל.

הביצועים של חומר מוליך תלוי במידה רבה במבנה החומרים ובנימוסים בהם הוא נמצא במגע עם החומר הפעיל. בדרך כלל משתמשים בסוכני מוליך סוללות ליתיום יון יש את המאפיינים הבאים:

(1) שחור פחמן: מבנה שחור הפחמן בא לידי ביטוי על ידי מידת הצטברות של חלקיקי שחור פחמן לשרשרת או לצורת ענבים. החלקיקים העדינים, שרשרת הרשת הצפופה בצפיפות, שטח הפנים הספציפי הגדול ומסת היחידה, המועילים ליצירת מבנה מוליך שרשרת באלקטרודה. כנציג של סוכנים מוליכים מסורתיים, פחמן שחור הוא כיום החומר המוליך הנפוץ ביותר. החיסרון הוא שהמחיר גבוה וקשה להתפזר.

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

(3) P-Li: Super P-Li מאופיין בגודל חלקיקים קטן, בדומה לשחור פחמן מוליך, אך שטח פנים ספציפי בינוני, במיוחד בצורה של ענפים בסוללה, וזה מועיל מאוד ליצירת רשת מוליכה. החיסרון הוא שקשה להתפזר.

(4)צינורות פחמן (CNTS): CNTs הם סוכנים מוליכים שהופיעו בשנים האחרונות. בדרך כלל יש להם קוטר של בערך 5 ננומטר ואורך 10-20- הם לא יכולים רק לפעול כ"חוטים "ברשתות מוליכות, אלא גם להשפיע על שכבת אלקטרודה כפולה כדי לתת משחק למאפיינים בקצב הגבוה של ציפויי-על. המוליכות התרמית הטובה שלה תורמת גם לפיזור החום במהלך טעינת הסוללה ופריקה, להפחית את קיטוב הסוללות, לשפר את ביצועי הטמפרטורה הגבוהים והנמוכים ולהאריך את חיי הסוללה.

כחומר מוליך, ניתן להשתמש ב- CNTs בשילוב עם חומרי אלקטרודה חיוביים שונים כדי לשפר את הביצועים, הקצב והמחזור של חומר/סוללה. חומרי האלקטרודה החיוביים שניתן להשתמש בהם כוללים: LICOO2, LIMN2O4, LIFEPO4, אלקטרודה חיובית פולימרית, LI3V2 (PO4) 3, תחמוצת מנגן וכדומה.

בהשוואה לסוכנים מוליכים נפוצים אחרים, צינורות פחמן יש יתרונות רבים כחומרים מוליכים חיוביים ושליליים לסוללות ליתיום יון. צינורות פחמן מוליכות חשמלית גבוהה. בנוסף, ל- CNT יש יחס גובה גובה גדול, וכמות תוספת נמוכה יותר יכולה להשיג סף נקבוביות הדומה לתוספים אחרים (שמירה על מרחק האלקטרונים במתחם או הגירה מקומית). מכיוון שננו -צינורות פחמן יכולים ליצור רשת הובלת אלקטרונים יעילה ביותר, ניתן להשיג ערך מוליכות הדומה לזה של תוסף חלקיקים כדורי עם 0.2% בלבד של SWCNTs.

(5)גרפןהוא סוג חדש של חומר פחמן מישורי דו ממדי גמיש עם מוליכות חשמלית ותרמית מעולה. המבנה מאפשר לשכבת גיליון הגרפן לדבוק בחלקיקי החומר הפעיל, ולספק מספר גדול של אתרי מגע מוליכים עבור חלקיקי החומר הפעיל האלקטרודה והשלילית, כך שניתן יהיה לבצע את האלקטרונים במרחב דו ממדי ליצירת רשת מוליכה בשטח גדול. לפיכך זה נחשב כיום לסוכן המוליך האידיאלי.

שחור הפחמן והחומר הפעיל הם במגע נקודתי ויכולים לחדור לחלקיקים של החומר הפעיל כדי להגדיל באופן מלא את יחס השימוש של החומרים הפעילים. צינורות הפחמן נמצאים במגע בשורה נקודתית, וניתן לשלב בין החומרים הפעילים ליצירת מבנה רשת, מה שלא רק מגדיל את המוליכות, יחד עם זאת, הוא יכול גם לפעול כחומר מליטה חלקי, ומצב המגע של גרפן הוא מגע עיקרי, שיכול לחבר את פני השטח של החומר הפעיל כדי לערוך את החומר הגדול של האוראה הגדולה, אך הוא חומר קשה. גם אם כמות הגרפן שנוספה מוגברת ברציפות, קשה לנצל לחלוטין את החומר הפעיל, ולהפזר יוני LI ולהידרדר את ביצועי האלקטרודה. לכן, לשלושת החומרים הללו יש מגמה משלימה טובה. ערבוב צינורות פחמן שחור או פחמן עם גרפן לבניית רשת מוליכה שלמה יותר יכול לשפר עוד יותר את הביצועים הכוללים של האלקטרודה.

בנוסף, מנקודת המבט של גרפן, הביצועים של גרפן משתנים משיטות הכנה שונות, במידת ההפחתה, גודל הסדין ויחס שחור הפחמן, הפיזור ועובי האלקטרודה משפיעים מאוד על טבעם של חומרים מוליכים. ביניהם, מכיוון שתפקידו של הסוכן המוליך הוא לבנות רשת מוליכה להובלת אלקטרונים, אם החומר המוליך עצמו אינו מפוזר היטב, קשה לבנות רשת מוליכה יעילה. בהשוואה לחומר המוליך השחור הפחמן המסורתי, לגרפן יש שטח פנים ספציפי במיוחד, והאפקט π-π מצומד מקל על אגרגריט ביישומים מעשיים. לכן, כיצד להפוך את הגרפן לצורת מערכת פיזור טובה ולהשתמש במלואם בביצועים המצוינים שלה הוא בעיה מרכזית שצריך לפתור ביישום הרחב של גרפן.