新型软性导电碳材料的功能作用

锂离子电池被广泛的应用在移动电子设备和电动工具等领域，近年来随着电动汽车产业的快速发展，动力电池的市场需求也在迅速扩大。电动汽车、电动大巴为了保证乘客的人身和财产安全，因此对动力电池的安全性要求极高，特别是在发生碰撞等严重的问题时，因此动力电池的考核指标中对挤压、针刺等安全性指标都有十分严格的要求。目前在所有的电池材料中，磷酸铁锂材料凭借着优异的安全性能成为了动力电池的首选材料。

但是磷酸铁锂材料也存在着电压低，导电性差等缺点，导致了磷酸铁锂的在放电过程中极化大，导致放电电压降低等问题。为了改善LiFePO4的导电性人们从两个方面对LiFePO4进行了改性处理。

其中之一就是对材料进行纳米化处理，将磷酸铁锂颗粒纳米化后，一方面提高了材料的比表面积，增大了接触面积，提高了导电性，同时也减少了Li+的扩散路径，极高了材料的倍率性能。另外一个方法就是表面包覆处理，目前较为成熟的方法是在磷酸铁锂颗粒表面包覆一层石墨层，从而提升材料的导电性。

北京大学深圳研究生院的WenjuRen等人从电极结构方面进行了研究，提出了软性碳导电剂SCC的概念，软性碳材料导电剂相比于硬碳导电剂能和活性物质颗粒之间产生更大的接触面积，从而使得电流分布和Li+分布更加均匀，从而减少在充放电过程中正极材料的极化，从而显著的提升材料的容量和倍率性能。

WenjuRen研究了三种不同形貌的导电碳材料——球状、管状和多孔导电碳材料，研究了几种碳材料的sp2/sp3键混合比例、晶体结构、表面缺陷、形貌、比表面积和孔状结构，以及这些碳材料于LFP颗粒的接触情况。

其中孔状结构的碳材料具有发丝状的形貌，并呈现出了非常柔软的状态，能够于LFP颗粒之间产生很大的接触面积，这主要是由于这种碳材料含有较大的sp2键比例(约80%)，大量的表面缺陷，较小的晶体尺寸(大约4nm)，以及巨大的比表面积(>1000m2/g)，因此这种材料也被称为软碳材料(SCC)，而其他类型的碳材料则被划分为硬碳材料(HCC)和碳纳米管(CNT)。

软碳材料由于大量的表面缺陷和巨大的比表面积，因此极大的增加了其于LFP颗粒之间的接触面积，显著降低了接触阻抗，增加电极的导电性。

电化学测试表明，相比于采用HCC和CNT导电剂的极片，采用SCC导电剂的极片，放电电压平台更长，充电电压平台和放电电压平台之间的差距更小。

在0.2，0.5，1，2，5，10C倍率下，采用软碳SCC，磷酸铁锂粒径为100nm(50nm)的材料的比容量分别达到155(162)、148(159)、139(153)、130(144)、115(125)和100(110)mAh/g，而采用硬碳HCC的磷酸铁锂比容量则只有155(162)、148(159)、139(153)、130(144)、115(125)、100(110)mAh/g，在10C的倍率下，采用软碳的LFP极片比容量为96mAh/g，比采用CNT的高出了约8mAh/g，比采用硬碳的LFP极片高出26mAh/g，很明显采用软碳材料SCC导电剂的LFP极片倍率性能要明显好于采用硬碳材料HCC和CNT导电剂的LFP极片，当然这对于其他正极材料也是有效的。

在该研究中WenjuRen对几种典型的导电碳材料进行了研究，发现软碳材料由于与活性物质之间有较大的接触面积，使得在充放电过程种电流分布更加均匀，从而减少了在充放电过程中LFP电极的极化现象，提高了LFP材料的容量和倍率性能。并首次定义了软碳材料SCC的概念——多孔，具有发丝状形貌的软性碳材料，能够与LFP材料之间产生较大的接触面积;硬碳材料HCC——具有球状结构，与活性物质之间呈现点接触。