导电剂一般可分为金属系导电剂(银粉、铜粉、镍粉等)、金属氧化物系导电剂(氧化锡、氧化铁、氧化锌等)、碳系导电剂(炭黑、石墨等)、复合导电剂(复合粉、复合纤维等)以及其他导电剂。

导电剂加入锂离子电池中不能参加电池中的氧化还原反应，要有很高的抗酸碱腐蚀能力，碳系导电剂除了满足上述条件外，还具有低成本，质量轻等特点。

碳系导电剂主要为导电石墨、导电炭黑、纤维状导电剂、石墨烯。综合导电性、成本、使用周期等方面因素，本文将按照导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维、石墨烯的先后顺序，介绍锂离子电池碳系导电剂的研究进展。

1 导电石墨

最初用于锂离子电池的导电石墨在锂离子电池中充当导电网络的节点，其粒径接近正极活性物质的粒径。用在负极中，不仅可以提高电极的导电性，而且可以提高负极的容量。

导电剂与活性物质之间是点对点或者点对面接触，具体的接触方式跟导电剂的具体形貌有关，目前常用的导电石墨有KS、SFG、MX 等系列，如表1所示。

表 1 导电石墨粉末的相关参数

1.1 导电石墨在正极中的应用

根据渗流理论和有效介质理论，导电石墨在正极中的添加量应较少。Masaki Yoshio等研究发现在钴酸锂正极中添加不同比例的石墨，当石墨的含量超过8%时，极片的阻抗几乎不再发生变化。Y.H.Chen等通过实验与模拟相结合的方法得出，导电石墨的添加量多于10.15%时，同添加10.15%的导电石墨的极片阻抗差别不大。

导电剂的形貌对电池的功率、能量及放电比容量等方面有着重要的影响。杨中发等分别用科琴黑(KB)、碳纳米管(CNTs)、导电石墨(KS-6)与导电炭黑(SP)复合添加到钴酸锂中制做成极片与电池，发现KS-6体系中极片的内阻最大，化成容量最低，多次充放电循环后的容量保持率最低。原因在于KS-6的颗粒尺寸大，颗粒之间的接触点较少导致构成的导电网络的完整性差。

导电剂的添料顺序及搅拌时间对浆料以及电池的性能产生重要影响。Darjen等在正极活性物质NCM中通过控制导电石墨的添加次序、添加时间和添加量，来比较不同条件下浆料的粘度来寻求最佳的工艺条件。得出活性物质及导电剂分多次添加效果比单次添加效果好，多次添加可以有效地减少搅拌时间，提高搅拌效率。

1.2 导电石墨在负极中的应用

在负极中添加导电石墨，一方面有利于提升电极的导电性，另一方面导电石墨也可作为电极活性材料。由于在负极中研究导电剂方向的较少，在此总结出以下的研究进展。

Takamura，T.等在石墨化中间相碳纤维MCF用作活性材料时加入导电石墨对比未加入导电石墨发现，添加导电石墨，有助于改善电极表面的电阻、循环周期、倍率性能、减小电池的不可逆比容量。

Masaki Yoshio等在中间相炭微球中添加10%的导电石墨(SFG-6)发现，以中间相炭微球为负极的半电池，循环性能明显提升，电极阻抗也有所降低，在大电流放电的情况下电池的比容量的保持能力得到提升。

Evanoff等将导电石墨作为纳米硅基负极材料载体，发现导电石墨的添加可以抑制纳米硅基负极材料在充放电过程中的体积膨胀效应，有效地改善了硅基材料的循环性能和倍率性能，其原因在于导电石墨具有其良好的电子电导性和离子电导性。

闫坤等发现在硅碳材料中KS-6的添加量分别为0%、2%和 4%时，在不同电流密度下，电极比容量的衰减跟KS-6的添加量成正比关系。因为KS-6的形貌粒径与硅基负极材料的形貌粒径基本一致，不能改变电极结构，无法形成有效的导电网络。

2 导电炭黑

根据导电能力大小，可以分为导电炭黑、超导电炭黑和特导电炭黑。本文主要介绍应用于锂离子电池中的导电炭黑。

油的吸附值 (OAN) 与原子的结构性成正比例关系，OAN值越大，表示炭黑结构度越高，容易形成难以破坏的导电网络通道。越细的炭黑颗粒，其结构度越高，炭黑颗粒之间形成的网状链堆积越紧密，有利于在聚合物中形成链式导电结构。缺点是OAN值高的导电炭黑对聚合物粘结剂、液态和聚合物电解质的吸附能力比较强，分散性较差，如表2所示。

表 2 导电炭黑粉末的相关参数

2.1 导电炭黑在正极中的应用

金明钢等在钴酸锂中添加不同含量的乙炔黑，并测试循环30次后的电极阻抗值。研究发现当乙炔黑的含量超过6%时，阻抗值变化不明显。说明当钴酸锂中乙炔黑的含量在6%左右时，才与钴酸锂颗粒充分接触并形成完整的导电通路。

靳尉仁等研究了导电剂的形貌对其所构成电池的高倍率放电性能的影响，比较了添加至正极材料锰酸锂中颗粒状的SP与片状的KS-6，结果表明导电炭黑在高倍率放电时有效地改善了锂离子电池的容量保持率。

张结等研究了KB导电剂的添加量和分散方式对电池充放电和循环性能的影响，对比了添加KB导电剂与乙炔黑导电剂电池的性能。实验对比了高速剪切搅拌和磁力搅拌两种方式对浆料对集流体附着力的影响，发现高速剪切搅拌方式的浆料对集流体的附着力要远远好于用磁力搅拌方式产生的浆料。

这是由于高速搅拌比磁力搅拌有着更强的剪切力及撞击力，高速剪切的搅拌方式可以有效地解决 KB 在磷酸铁锂浆料配制过程中导电剂自身及导电剂与活性物质之间易团聚的问题，有助于导电剂以及粘结剂在活性物质之中更加均匀地分散。

2.2 导电炭黑在负极中的应用

不同导电剂的形貌对电池性能有着不同的影响，SP是一种类炉黑法制备的导电炭黑粉末，由直径为40nm左右的原生粒子团聚成150～200nm 的原生聚集体，分散到活性物质中间形成多支链状导电网络，能够减少电池的物理内阻，提高电子传导性。

KS-6是一种具有各向同性鳞片状的人造石墨，有着一定的储锂功能，实际生产过程中大多将其添加到正极活性物质中。将 KS-6 填充到活性物质中间能够形成有效的导电通路，提高极片的压实密度及改善极片的柔韧性。

导电炭黑SP有着比导电石墨KS-6好很多的吸收电解液和保持电解液能力，两者搭配使用将会起到更好的作用。

Zhang等在SiOx中添加SP、KS-6、气相生长碳纤维VGCF等，对比导电剂的形貌以及含量对其电化学性能的影响。结果表明单独添加KS-6的电极多次循环之后的极化比较严重，加入颗粒状的导电剂SP之后循环性能明显被改善，说明颗粒状的SP添加之后与KS-6之间形成了较为良好的导电网络，有效降低了极片的内阻。

3 导电碳纤维

导电碳纤维主要包括气相生长碳纤维及碳纳米管，前一种导电剂有着高的本征电导率和热导率。由于纤维状导电剂有着较高的弯曲模量和低的热膨胀系数，所以通常添加此类导电剂的极片会有着好的柔韧性和机械稳定性。

气相生长碳纤维是烃气体和氢气在温度超过1000℃的条件下，采用金属催化剂催化得到，烃气体为碳纤维的生长提供了碳源，由于制造工艺较为复杂，所以导致气相生长碳纤维的成本较高，是没有得到广泛应用的原因之一。纤维状导电剂除了气相生长碳纤维外还有碳纳米管，其又可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

王国华等在钴酸锂中分别加入了乙炔黑(AB)、碳纤维(VCF)、碳纳米管(CNTs)导电剂，比较其对正极活性物质的电池电化学性能的影响。比较三者之间的体积电阻率发现CNTs的最低，比较不同倍率下的首次放电比容量及相同倍率下的放电比容量多少可知，以CNTs为导电剂的复合电极的电池容量最高，分析原因在于CNTs本身具有较好的电子运输能力，在电极中形成了较多的连续的导电网络。

高娇阳等在磷酸铁锂中分别加入导电炭黑(SP)、气相生长碳纤维(VGCF)，对其进行表征并测试电化学性能。观察其构成的极片扫描电子显微镜图像可以清楚的看出添加VGCF的极片形成了良好的导电三维结构，添加SP的极片则存在团聚现象。

夏雨等总结了碳纳米管在锂离子电池中作添加剂、电极材料复合基体及作集流体的最新研究进展。碳纳米管作为导电剂不仅可以改善电极的电导率、导热率、柔性，还可以提高电池的容量、倍率及循环性能。同时指出了碳纳米管的制作成本比较高、与电极材料复合难、分散难的问题。

4 石墨烯

石墨烯导电导热性优良，在锂离子电池中可以改善电池的循环性能。何湘柱等在NCM中对比了等量添加以下几种导电剂体系构成的电池性能，SP、SP+CNTs、SP+CNTs+G。测试倍率性能可以很容易地发现添加三种复合导电剂的电池不同倍率下容量均为最高，添加两种导电剂的次之，添加一种导电剂的电池比容量最低。

Zhou等研究人员用干燥喷雾的技术将氧化石墨烯纳米片加入到纳米磷酸铁锂颗粒中，用以改善电池的电化学性能。对比常规碳包覆、单一石墨烯包覆及石墨烯与常规碳复合包覆的不同方式对锂离子电池电化学性能的影响。测试三种不同方式的循环、倍率性能得知G/LiFePO4构成的电池循环、倍率性能好于C/LiFePO4所构成的电。

Su等在磷酸铁锂中以石墨烯为导电剂，观察充放电循环曲线可知，添加GN的电池充进去的更多，放出去的更加彻底。未添加GN的电池极化现象更严重些，测试不同倍率下放电时电池的表面温度可知，添加GN的电池的表面温度会高于未添加GN的电池，放电电流越大其温度增加的速率就越大，表明了添加GN的电池在大电流放电时电池的极化现象较为严重，安全性不高。这也就限制了石墨烯在动力电池现实中的应用。

5 导电剂在选择与应用时的注意事项

导电剂的材料、形貌、粒径、搅拌顺序、添加量与不同类型导电剂的复合状态都对锂离子电池有着不同方面的影响。

在进行锂离子电池设计时我们应根据不同的活性物质材料、不同目的(改善倍率性能、循环性能、提高不可逆比容量)而选取与之相匹配的导电剂。我们应该综合各种导电剂的优缺点并加以复合补其短板

例如添加少量的导电炭黑科琴黑就可以有效地改善电池的循环性能、倍率性能，但是添加科琴黑的电池首效却不是很高，导电碳纤维的加入可以在活性物质中形成良好的导电三维网络，但其成本较为高昂，所以我们就可以为达到目的而加入导电石墨、导电炭黑及少量的导电碳纤维等。

在添加导电石墨时应根据活性物质的粒径和形貌选择，当导电石墨的粒径接近活性物质时会发挥出更好的功效。为此加入导电、导热性特别好的导电剂例如碳纳米管等，并控制其占比。

在实际生产应用过程中，最重要的是需要考虑成本问题，在达到相应的要求时应尽量地减少成本，与此同时复合导电剂的添加将会较大地改善电池的各方面的性能。

参考文献：陈志金,张一鸣,田爽,刘兆平.锂离子电池导电剂的研究进展[J].电源技术,2019,43(02):163-167.