현재 상업용 리튬 이온 배터리 시스템에서 제한 요소는 주로 전기 전도도입니다.특히, 양극 물질의 불충분한 전도성은 전기화학적 반응의 활성을 직접적으로 제한한다.재료의 전도성을 향상시키기 위해 적절한 도전제를 추가하고 전자 수송을 위한 빠른 채널을 제공하고 활물질이 충분히 활용되도록 전도성 네트워크를 구성해야 합니다.따라서, 도전제는 활물질에 비해 리튬 이온 전지에서 없어서는 안 되는 재료이기도 하다.

전도성 에이전트의 성능은 재료의 구조 및 활성 재료와 접촉하는 방식에 크게 좌우됩니다.일반적으로 사용되는 리튬 이온 배터리 도전제는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.

(1) 카본 블랙: 카본 블랙의 구조는 카본 블랙 입자가 사슬형 또는 포도형으로 응집된 정도에 의해 표현된다.미세한 입자, 밀집된 네트워크 체인, 큰 비표면적 및 단위 질량은 전극에서 체인 전도성 구조를 형성하는 데 유리합니다.카본블랙은 전통적인 도전제의 대표로서 현재 가장 널리 사용되는 도전제이다.단점은 가격이 비싸고 분산이 어렵다는 것입니다.

(2)석묵: 전도성 흑연은 양극활물질과 음극활물질에 가까운 입자크기와 적당한 비표면적, 우수한 전기전도도가 특징이다.그것은 배터리에서 전도성 네트워크의 노드 역할을 하며 음극에서는 전도성뿐만 아니라 용량도 향상시킬 수 있습니다.

(3) P-Li: Super P-Li는 전도성 카본 블랙과 유사한 작은 입자 크기를 특징으로 하지만 비표면적은 적당하며, 특히 배터리에서 가지 형태로 전도성 네트워크를 형성하는 데 매우 유리합니다.분산이 어렵다는 단점이 있습니다.

(4)탄소나노튜브(CNT): CNT는 최근 등장한 전도성 물질이다.그들은 일반적으로 직경이 약 5nm이고 길이가 10-20um입니다.전도성 네트워크에서 "와이어" 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 이중 전극층 효과가 있어 슈퍼커패시터의 고속 특성을 발휘합니다.우수한 열전도율은 배터리 충전 및 방전 중 열 발산에 도움이 되고, 배터리 분극을 줄이고, 배터리 고온 및 저온 성능을 개선하고, 배터리 수명을 연장합니다.

도전제로 CNT는 다양한 양극 재료와 함께 사용되어 재료/배터리의 용량, 속도 및 사이클 성능을 향상시킬 수 있습니다.사용될 수 있는 양극 재료는 LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, 폴리머 양극, Li3V2(PO4)3, 망간 산화물 등을 포함한다.

다른 일반적인 도전제와 비교할 때, 탄소 나노튜브는 리튬 이온 전지용 양극 및 음극 전도제로서 많은 이점을 가지고 있습니다.탄소나노튜브는 전기전도도가 높다.또한, CNT는 종횡비가 크고, 첨가량이 적을수록 다른 첨가제와 유사한 침투 임계값을 달성할 수 있습니다(화합물에서 전자의 거리 유지 또는 국소 이동).탄소나노튜브는 고효율 전자전달망을 형성할 수 있기 때문에 SWCNT 0.2wt%만으로도 구형 입자 첨가제와 유사한 전도도 값을 얻을 수 있다.

(5)그래핀전기 및 열 전도성이 우수한 새로운 유형의 2차원 유연한 평면 탄소 소재입니다.상기 구조는 그래핀 시트층이 활물질 입자에 접착되도록 하고, 양극 및 음극 활물질 입자에 대한 다수의 전도성 접촉 부위를 제공하여 전자가 2차원 공간에서 전도되어 광역 전도성 네트워크.따라서 현재 이상적인 전도제로 간주됩니다.

카본블랙과 활물질은 점접하고 있어 활물질 입자 내부로 침투하여 활물질의 이용률을 충분히 높일 수 있다.탄소나노튜브는 점선접촉으로 활물질 사이에 산재되어 네트워크 구조를 형성할 수 있어 전도도를 높일 뿐만 아니라 부분접착제 역할도 할 수 있으며 그래핀의 접촉방식을 점대면 접촉(point-to-face contact)은 활물질의 표면을 연결하여 대면적 전도성 네트워크를 본체로 형성할 수 있지만 활물질을 완전히 덮는 것은 어렵다.그래핀의 첨가량이 지속적으로 증가하더라도 활물질을 온전히 활용하기 어렵고, 리튬 이온을 확산시켜 전극 성능을 저하시킨다.따라서 이 세 가지 재료는 좋은 보완 경향을 보입니다.카본 블랙 또는 탄소 나노튜브를 그래핀과 혼합하여 보다 완전한 전도성 네트워크를 구성하면 전극의 전반적인 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

또한, 그래핀의 관점에서 보면 그래핀의 성능은 제조 방법에 따라 달라지는데, 환원 정도, 시트의 크기, 카본 블랙의 비율, 분산성, 전극의 두께 등이 모두 성질에 영향을 미친다. 도전제의 크게.그 중 도전제의 기능은 전자 수송을 위한 전도성 네트워크를 구성하는 것이기 때문에 도전제 자체가 잘 분산되지 않으면 효과적인 전도성 네트워크를 구축하기 어렵다.기존의 카본 블랙 도전제와 비교하여 그래핀은 매우 높은 비표면적을 가지며 π-π 공액 효과로 인해 실제 응용 분야에서 더 쉽게 응집됩니다.따라서 어떻게 그래핀을 좋은 분산 시스템으로 만들고 그 우수한 성능을 최대한 활용하는가는 그래핀의 광범위한 응용에서 해결해야 할 핵심 문제입니다.