Trong hệ thống pin lithium-ion thương mại hiện nay, yếu tố hạn chế chủ yếu là độ dẫn điện.Đặc biệt, độ dẫn điện không đủ của vật liệu điện cực dương trực tiếp hạn chế hoạt động của phản ứng điện hóa.Cần thêm chất dẫn điện phù hợp để tăng cường độ dẫn điện của vật liệu và xây dựng mạng dẫn điện để cung cấp kênh vận chuyển điện tử nhanh và đảm bảo rằng vật liệu hoạt động được sử dụng đầy đủ.Do đó, chất dẫn điện cũng là một vật liệu không thể thiếu trong pin lithium ion so với vật liệu hoạt động.

Hiệu suất của một tác nhân dẫn điện phụ thuộc phần lớn vào cấu trúc của vật liệu và cách thức mà nó tiếp xúc với vật liệu hoạt động.Các chất dẫn điện pin lithium ion thường được sử dụng có các đặc điểm sau:

(1) Muội than: Cấu trúc của muội than được thể hiện bằng mức độ kết tụ của các hạt muội than thành chuỗi hoặc hình quả nho.Các hạt mịn, chuỗi mạng dày đặc, diện tích bề mặt riêng lớn và khối lượng đơn vị, có lợi để tạo thành cấu trúc dẫn điện chuỗi trong điện cực.Là một đại diện của các chất dẫn điện truyền thống, muội than hiện là chất dẫn điện được sử dụng rộng rãi nhất.Nhược điểm là giá cao và khó phân tán.

(2)than chì: Than chì dẫn điện được đặc trưng bởi kích thước hạt gần bằng kích thước của vật liệu hoạt động tích cực và tiêu cực, diện tích bề mặt riêng vừa phải và độ dẫn điện tốt.Nó hoạt động như một nút của mạng dẫn điện trong pin và trong điện cực âm, nó không chỉ có thể cải thiện độ dẫn điện mà còn cả công suất.

(3) P-Li: Super P-Li được đặc trưng bởi kích thước hạt nhỏ, tương tự như muội than dẫn điện, nhưng diện tích bề mặt riêng vừa phải, đặc biệt là ở dạng nhánh trong pin, rất thuận lợi cho việc hình thành mạng dẫn điện.Nhược điểm là khó phân tán.

(4)Ống nano cacbon (CNTs): CNTs là chất dẫn điện mới xuất hiện trong những năm gần đây.Chúng thường có đường kính khoảng 5nm và chiều dài 10-20um.Chúng không chỉ có thể đóng vai trò là “dây dẫn” trong mạng dẫn điện mà còn có hiệu ứng lớp điện cực kép để phát huy các đặc tính tốc độ cao của siêu tụ điện.Tính dẫn nhiệt tốt của nó cũng có lợi cho việc tản nhiệt trong quá trình sạc và xả pin, giảm sự phân cực của pin, cải thiện hiệu suất ở nhiệt độ cao và thấp của pin, đồng thời kéo dài tuổi thọ của pin.

Là một tác nhân dẫn điện, CNTs có thể được sử dụng kết hợp với các vật liệu điện cực dương khác nhau để cải thiện công suất, tốc độ và hiệu suất chu kỳ của vật liệu/pin.Các vật liệu điện cực dương có thể được sử dụng bao gồm: LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4, điện cực dương polymer, Li3V2(PO4)3, oxit mangan, v.v.

So với các chất dẫn điện thông thường khác, ống nano carbon có nhiều ưu điểm như chất dẫn điện dương và âm cho pin lithium ion.Các ống nano cacbon có tính dẫn điện cao.Ngoài ra, CNTs có tỷ lệ khung hình lớn và lượng bổ sung thấp hơn có thể đạt được ngưỡng thẩm thấu tương tự như các chất phụ gia khác (duy trì khoảng cách của các electron trong hợp chất hoặc di chuyển cục bộ).Do các ống nano cacbon có thể tạo thành một mạng lưới vận chuyển điện tử hiệu quả cao, nên có thể đạt được giá trị độ dẫn điện tương tự như giá trị của chất phụ gia hạt hình cầu chỉ với 0,2% trọng lượng SWCNTs.

(5)Graphenlà một loại vật liệu carbon phẳng linh hoạt hai chiều mới với khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời.Cấu trúc này cho phép lớp tấm graphene bám dính vào các hạt vật liệu hoạt động và cung cấp một số lượng lớn các vị trí tiếp xúc dẫn điện cho các hạt vật liệu hoạt động điện cực dương và điện cực âm, để các electron có thể được dẫn trong không gian hai chiều để tạo thành một mạng dẫn diện rộng.Do đó, nó được coi là chất dẫn điện lý tưởng hiện nay.

Muội than và vật liệu hoạt tính tiếp xúc điểm và có thể xâm nhập vào các hạt của vật liệu hoạt tính để tăng hoàn toàn tỷ lệ sử dụng của vật liệu hoạt tính.Các ống nano carbon tiếp xúc với đường điểm và có thể được xen kẽ giữa các vật liệu hoạt động để tạo thành cấu trúc mạng, không chỉ làm tăng độ dẫn, Đồng thời, nó còn có thể đóng vai trò là tác nhân liên kết một phần và chế độ tiếp xúc của graphene là tiếp xúc trực diện, có thể kết nối bề mặt của vật liệu hoạt động để tạo thành một mạng lưới dẫn diện rộng như một phần chính, nhưng rất khó để bao phủ hoàn toàn vật liệu hoạt động.Ngay cả khi lượng graphene được thêm vào liên tục tăng lên, rất khó để sử dụng hoàn toàn vật liệu hoạt động và khuếch tán các ion Li và làm giảm hiệu suất điện cực.Do đó, ba tài liệu này có một xu hướng bổ sung tốt.Trộn muội than hoặc ống nano cacbon với graphene để xây dựng một mạng lưới dẫn điện hoàn chỉnh hơn có thể cải thiện hơn nữa hiệu suất tổng thể của điện cực.

Ngoài ra, từ góc độ của graphene, hiệu suất của graphene khác nhau tùy theo các phương pháp chuẩn bị khác nhau, ở mức độ giảm, kích thước của tấm và tỷ lệ muội than, độ phân tán và độ dày của điện cực đều ảnh hưởng đến bản chất của các chất dẫn điện rất nhiều.Trong số đó, do chức năng của chất dẫn điện là xây dựng mạng dẫn điện để vận chuyển điện tử nên nếu bản thân chất dẫn điện không được phân tán tốt thì khó có thể xây dựng mạng dẫn điện hiệu quả.So với chất dẫn điện cacbon đen truyền thống, graphene có diện tích bề mặt riêng cực cao và hiệu ứng liên hợp π-π giúp nó dễ dàng kết tụ hơn trong các ứng dụng thực tế.Do đó, làm thế nào để graphene tạo thành một hệ phân tán tốt và tận dụng hết hiệu suất tuyệt vời của nó là một vấn đề then chốt cần được giải quyết trong ứng dụng rộng rãi của graphene.