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2016年中国锂电池导电剂行业市场现状及发展趋势预测【图】

锂电池导电剂 2016-10-21 05:52

导电剂材料是锂离子电池的重要组成部分，对锂离子电池的电化学性能起着重要的作用。适量的导电剂加入电极后，能够有效提高电极内部电子的转移速率，降低电极欧姆电阻，提高活性物质的利用率。导电剂的微观结构和分布状况也极大地影响着电解质的扩散。无论是锂离子电池的负极还是正极，都需要导电剂。

市场上普遍应用的正极材料如磷酸铁锂、钴酸锂等，导电性较差，正极材料的低电导率直接限制了电化学反应的活性。当电导率低于 10-6S/cm 时，在快速充放电条件下，极化现象明显加重，循环容量衰减很快。所以，通常在电极活性材料中加入高电导性的导电剂构建导电网络，以提高锂离子电池的高倍率性能，满足锂离子电池高功率的要求。添加不同导电剂进入正极材料中服从“渗透阀值”理论，即在不添加或添加少量的导电剂时，电极不能构建有效的导电网络，当添加量增加到一定值后，电极能形成有效的导电网络，从而导电性产生突变，再增加导电剂的含量也不能显著提高导电性，这个添加量就是导电剂的渗透阀值。由于导电剂不能提供锂离子存储，添加量过多不仅增加电极材料的成本和制备工艺过程，而且会降低电池的体积能量密度，因此在能形成有效导电网络的前提下，应尽量减少导电剂的用量。常用的锂离子电池导电剂主要有炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等。

常见导电剂理化参数对比

炭黑是目前使用最为广泛的导电剂，主要采用有机物（天然气、重油等）不完全燃烧或受热分解而得到，并通过高温处理以提高其导电性与纯度。石墨导电剂基本为人造石墨，与负极材料人造石墨相比，作为导电剂的人造石墨具有更小的颗粒度，一般为 3~6μm，且孔隙和比表面更发达，有利于极片颗粒的压实以及改善离子和电子电导率。

炭黑与导电石墨导电机理示意图

相比之下，炭黑具有更好的离子和电子导电能力，因为炭黑具有更大的比表面积，有利于电解质的吸附而提高离子电导率。另外，炭黑颗粒团聚形成支链结构，能够与活性材料形成链式导电结构，有助于提高材料的电子导电率，但团聚也会使炭黑的利用效率降低。而石墨则具有更好的压缩性和分散性，可提高电池的体积能量密度和改善极片的工艺特性，一般配合炭黑使用。

石墨与炭黑性能对比

新型导电剂包括气相生长碳纤维（VGCF），碳纳米管（CNTs），石墨烯（Graphene）等。目前研究最火热的导电剂就是碳纳米管和石墨烯。

新型导电剂材料理论性能对比，石墨烯和碳纳米管导电性能优越

石墨烯导电剂能使电极拥有更小极片电阻

国内炭黑和石墨都有较为成熟的产业，锂电池导电剂并非它们的主要收入来源。导电炭黑产品导电性、分散性等综合性能与国外产品还有较大的差距，导电性好的产品往往分散性较差，而分散性好的产品导电性又不足。国内炭黑市场以生产低端产品为主，满足不了高端市场需求，高端的导电炭黑市场仍然是依赖进口。导电石墨存在同样的问题。

部分传统导电剂生产企业

尽管目前业内应用最广泛的还是传统类型的导电剂，但新型导电剂碳纳米管和石墨烯研究持续火热，随着产品逐步产业化，大有取代传统导电剂之势。碳纳米管和石墨烯新型材料的研究大多仍处于前期阶段，许多高级应用尚未实现。目前国内最先得以产业化的是它们的粉体材料，粉体材料保有它们良好的导电特性，经过一定的处理，可作为导电添加剂加入电极中，提高电极的导电性能。近年来，不少碳纳米管、石墨烯生产企业从碳纳米管粉体、石墨烯粉体入手，制备碳纳米管导电剂和石墨烯导电剂，如深圳纳米港、中科时代纳米材料中心、青岛昊鑫新能源、宁波墨西、第六元素等。新型导电剂与传统导电剂相比，最大的劣势在于价格。在未来的 3 到 5 年内，石墨烯和碳纳米管导电剂的价格预计还是会远高于炭黑等传统导电剂。

国内新型锂电池导电剂生产企业