No atual sistema comercial de baterias de íons de lítio, o fator limitante é principalmente a condutividade elétrica.Em particular, a condutividade insuficiente do material do eletrodo positivo limita diretamente a atividade da reação eletroquímica.É necessário adicionar um agente condutor adequado para aumentar a condutividade do material e construir a rede condutora para fornecer um canal rápido para o transporte de elétrons e garantir que o material ativo seja totalmente utilizado.Portanto, o agente condutor também é um material indispensável na bateria de íons de lítio em relação ao material ativo.

O desempenho de um agente condutor depende em grande parte da estrutura dos materiais e das maneiras pelas quais ele está em contato com o material ativo.Os agentes condutores de bateria de íon de lítio comumente usados ​​têm as seguintes características:

(1) Negro de fumo: A estrutura do negro de fumo é expressa pelo grau de agregação das partículas de negro de fumo em uma cadeia ou forma de uva.As partículas finas, a cadeia de rede densamente compactada, a grande área de superfície específica e a massa unitária, que são benéficas para formar uma estrutura condutora de cadeia no eletrodo.Como representante dos agentes condutores tradicionais, o negro de fumo é atualmente o agente condutor mais utilizado.A desvantagem é que o preço é alto e é difícil de dispersar.

(2)Grafite: O grafite condutivo é caracterizado por um tamanho de partícula próximo ao dos materiais ativos positivos e negativos, uma área de superfície específica moderada e boa condutividade elétrica.Ele atua como um nó da rede condutora na bateria, e no eletrodo negativo, pode não só melhorar a condutividade, mas também a capacidade.

(3) P-Li: Super P-Li é caracterizado por tamanho de partícula pequeno, semelhante ao negro de fumo condutor, mas área de superfície específica moderada, especialmente na forma de ramificações na bateria, o que é muito vantajoso para formar uma rede condutora.A desvantagem é que é difícil de dispersar.

(4)Nanotubos de carbono (CNTs): Os NTCs são agentes condutores que surgiram nos últimos anos.Eles geralmente têm um diâmetro de cerca de 5nm e um comprimento de 10-20um.Eles podem não apenas atuar como “fios” em redes condutivas, mas também ter efeito de dupla camada de eletrodo para dar destaque às características de alta taxa dos supercapacitores.Sua boa condutividade térmica também é propícia à dissipação de calor durante a carga e descarga da bateria, reduz a polarização da bateria, melhora o desempenho da bateria em alta e baixa temperatura e prolonga a vida útil da bateria.

Como um agente condutor, os CNTs podem ser usados ​​em combinação com vários materiais de eletrodos positivos para melhorar a capacidade, a taxa e o desempenho do ciclo do material/bateria.Os materiais de eletrodo positivo que podem ser usados ​​incluem: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, eletrodo positivo de polímero, Li3V2(PO4)3, óxido de manganês e semelhantes.

Em comparação com outros agentes condutores comuns, os nanotubos de carbono têm muitas vantagens como agentes condutores positivos e negativos para baterias de íon de lítio.Os nanotubos de carbono têm uma alta condutividade elétrica.Além disso, os CNTs têm grande razão de aspecto e uma menor quantidade de adição pode atingir um limite de percolação semelhante a outros aditivos (mantendo a distância de elétrons no composto ou migração local).Como os nanotubos de carbono podem formar uma rede de transporte de elétrons altamente eficiente, um valor de condutividade semelhante ao de um aditivo de partícula esférica pode ser alcançado com apenas 0,2% em peso de SWCNTs.

(5)Grafenoé um novo tipo de material de carbono planar flexível bidimensional com excelente condutividade elétrica e térmica.A estrutura permite que a camada de folha de grafeno adira às partículas de material ativo e forneça um grande número de locais de contato condutivos para as partículas de material ativo de eletrodo positivo e negativo, de modo que os elétrons possam ser conduzidos em um espaço bidimensional para formar um rede condutora de grande área.Assim, é considerado o agente condutor ideal atualmente.

O negro de fumo e o material ativo estão em contato pontual e podem penetrar nas partículas do material ativo para aumentar totalmente a taxa de utilização dos materiais ativos.Os nanotubos de carbono estão em contato de linha de ponto e podem ser intercalados entre os materiais ativos para formar uma estrutura de rede, que não apenas aumenta a condutividade, mas também pode atuar como um agente de ligação parcial e o modo de contato do grafeno é o contato ponto a rosto, que pode conectar a superfície do material ativo para formar uma rede condutora de grande área como um corpo principal, mas é difícil cobrir completamente o material ativo.Mesmo que a quantidade de grafeno adicionada seja continuamente aumentada, é difícil utilizar completamente o material ativo e difundir íons de lítio e deteriorar o desempenho do eletrodo.Portanto, esses três materiais têm uma boa tendência complementar.A mistura de negro de fumo ou nanotubos de carbono com grafeno para construir uma rede condutora mais completa pode melhorar ainda mais o desempenho geral do eletrodo.

Além disso, do ponto de vista do grafeno, o desempenho do grafeno varia de acordo com os diferentes métodos de preparação, no grau de redução, no tamanho da folha e na proporção de negro de fumo, na dispersibilidade e na espessura do eletrodo, todos afetam as naturezas de agentes condutores muito.Dentre eles, como a função do agente condutor é construir uma rede condutora para o transporte de elétrons, se o próprio agente condutor não estiver bem disperso, é difícil construir uma rede condutora eficaz.Comparado com o agente condutor negro de fumo tradicional, o grafeno tem uma área de superfície específica ultra-alta, e o efeito π-π conjugado facilita a aglomeração em aplicações práticas.Portanto, como fazer o grafeno formar um bom sistema de dispersão e fazer pleno uso de seu excelente desempenho é um problema-chave que precisa ser resolvido na ampla aplicação do grafeno.