鋰離子電池正極活性材料多采用Co、 Ni和Mn等過渡金屬氧化物及過渡金屬磷酸鹽，導(dǎo)電性較差，因此，需要添加導(dǎo)電劑來減小電子傳輸?shù)淖枇?，提高充放電性能。常見的?dǎo)電劑有乙炔黑、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、金屬纖維和碳納米管（CNT）等。 

 

CNT是由單層或多層石墨卷曲而成的一維管狀納米材料，基本單元為六邊形碳環(huán)結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的電學(xué)性能、熱學(xué)性能和儲(chǔ)鋰性能，作為導(dǎo)電材料受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

 

碳納米管做導(dǎo)電劑的優(yōu)勢(shì)

鋰離子電池活性材料為顆粒狀，導(dǎo)電劑必須填充活性物質(zhì)的間隙，使導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)充分接觸，才能提高導(dǎo)電性能。炭黑、乙炔黑、SuperP-Li及導(dǎo)電石墨均為小粒徑顆粒狀物質(zhì)，添加量要達(dá)到一定值，才能發(fā)揮導(dǎo)電作用；但導(dǎo)電劑添加量的增加，會(huì)降低極片中活性物質(zhì)的含量，從而降低電池的容量密度和能量密度。CNT為一維管狀結(jié)構(gòu)，碳環(huán)可形成共軛效應(yīng)，少量的添加就可形成充分連接活性物質(zhì)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有利于提高電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。碳納米管具有雙電層效應(yīng)，有利于提高電池的大倍率充放電性能。CNT良好的導(dǎo)熱性有助于電池的散熱，減輕內(nèi)部極化，因此可提高電池的高低溫性能和安全性，延長(zhǎng)壽命。CNT長(zhǎng)徑比較高，達(dá)到相同的滲流閾值所需的添加量小于其他導(dǎo)電劑。此外，碳納米管的儲(chǔ)鋰容量，遠(yuǎn)大于天然石墨、人造石墨和無定形碳等傳統(tǒng)碳材料，因此，使用碳納米管作為鋰電池導(dǎo)電劑，可以大幅度提升鋰電池容量、電池循環(huán)壽命。

 

CNT作導(dǎo)電劑的問題

CNT作鋰電池導(dǎo)電劑，存在以下兩個(gè)問題：

①合成過程中殘留有金屬催化劑，在電池高電位的充放電過程中，金屬雜質(zhì)容易氧化并在負(fù)極表面析出，導(dǎo)致電池內(nèi)部微短路，自放電嚴(yán)重，甚至引起安全事故；

②CNT之間強(qiáng)烈的范德華力，導(dǎo)致在活性物質(zhì)中的均勻分散困難， 阻礙了導(dǎo)電性能的發(fā)揮。

 

CNT作導(dǎo)電劑的應(yīng)用范圍

CNT作為鋰離子電池的導(dǎo)電劑，可用于鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、錳氧化物等金屬氧化物正極材料及石墨負(fù)極材料中，較其他導(dǎo)電劑，提高電池容量、循環(huán)穩(wěn)定性和延長(zhǎng)循環(huán)壽命的效果更好。這主要得益于CNT獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu)及較好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。如何降低CNT中金屬雜質(zhì)對(duì)鋰離子電池的影響，以及提高分散性，是在鋰離子電池應(yīng)用中的研究重點(diǎn)。