锂电池导电剂碳纳米管与石墨烯的相关分析

锂电池导电剂碳纳米管与石墨烯谁会赢得市场先机？石墨烯自问世以来，尽管引发无数热议，但仍然是诸多领域研发者的重点关注对象，其中就包括锂电行业，目前石墨烯在锂电池中主要被用作导电剂。本文主要介绍一下锂电池导电剂碳纳米管与石墨烯谁会赢得市场先机。

什么是碳纳米管和石墨烯？

碳纳米管是由一层石墨层卷起来的直径只有几纳米的微管，也可由不同直径的微管同轴地套构在一起形成管束。按照层数来分类，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，也分为单层石墨烯和石墨烯微片(多层结构)。

从本质上看，碳纳米管和石墨烯都属于石墨类材料，只不过碳原子的排列组合不同，形成螺旋状的碳纳米管和片状的石墨烯，所以它们都具备石墨的一些相同特性，比如导电性。

具体而言，碳纳米管由于尺寸小，比表面积大，表面的键态和颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致活性位置增加，成为理想的材料添加剂。但石墨烯电极拥有更小的极片电阻，可以做到更大的压实密度。

碳纳米管和石墨烯作为锂电池导电剂应用

电池导电剂是电池正负极材料、电池互联的关键辅助材料，对锂电池的充放电次数、功率性能产生很大影响。

碳纳米管

碳纳米管为一维管状结构，碳环还可形成共轭效应，少量的添加就可形成充分连接活性物质的导电网络，有利于提高电池的容量和循环稳定性。碳纳米管良好的导热性有助于电池的散热，减轻内部极化，因此可提高电池的高低温性能和安全性，延长寿命。

碳纳米管作为导电剂，存在两个问题：合成过程中残留有金属催化剂，在电池的高电位的充放电过程中，金属杂质容易氧化并在负极表面析出，导致电池内部微短路，自放电严重，甚至引起安全事故；碳纳米管之间强烈的范德华力，导致在活性物质中的均匀分散困难，阻碍了导电性能的发挥。

石墨烯

石墨烯是目前高性能的导电剂，石墨烯用作导电剂具有“至柔至薄至密的特点”，石墨烯可以为电极正负极活性物质颗粒提供大量的导电接触位点，并且石墨烯材料为自然界已知导电率最高的材料。相比于传统的导电剂，石墨烯导电剂能更有效的降低正负极材料颗粒间的接触阻抗并提升整体电极的导电性能。

导电剂通常要以最少的量实现最优的导电性能。目前，市场化应用的碳纳米管和石墨烯都是以预分散导电浆料的方式提供。从导电性能上看，作为第三代导电剂，石墨烯的导电性更胜一筹。石墨烯的导电性更好，但碳纳米管在电解液中的吸液能力更强。

另一位业内人士更看好碳纳米管导电剂，因为纯石墨烯的离子导电性没有碳纳米管好，加入纯石墨烯导电剂的电子会在循环几十周后跳出来，这会影响电池的循环稳定。碳纳米管的电子导电性和离子导电性都比较好，这更有利于提升电池的循环性。简单来说，碳纳米管导电更稳定。

碳纳米管与石墨烯的市场前景

目前业界一致认为：真正意义上的石墨烯制作成本高，难以实现产业化；而碳纳米管最大的难题则是分散。相较之下，碳纳米管的分散比石墨烯的“难产”更容易攻克。从企业盈利的角度来说，碳纳米管和石墨烯的购买成本是其考虑的一个重要因素。哪一款产品价格更低，就更容易被企业认可。目前市场上碳纳米管和石墨烯两款产品价格相差不大，但不同型号的导电剂价格会有很大差异，一般来说，常规的碳纳米管导电剂的价格是700-800元/kg。

碳纳米管和石墨烯等新型碳材料由于具有特殊的一维和二维柔性结构、具有良好的导电和导热特性，因此在锂电池应用中具有巨大的潜能。未来石墨烯导电剂在应用上还是很有前景的。