對不起 志陽來晚了系列G之廿六：開發個石墨烯導電劑應該沒那麼難

2018-03-20

鋰電池在充放電循環中，正負極極片上有電流通過時，就會有凈反應發生，表明電極失去了原有的平衡狀態，電極電位將偏離平衡電位，就產生了常說的「極化」。鋰電池極化可以分為歐姆極化、電化學極化和濃差極化。極化電壓是反應鋰離子電池內部電化學反應的重要參數，如果極化電壓長期不合理，則會導致負極鋰金屬析出加快，嚴重情況下會刺穿隔膜導致短路。據鋰電池初期實驗數據，單純依靠活物質的導電性是不足以滿足電子遷移速率要求的，為了使電子能夠快速移動歸位，出現了導電劑的加入。

導電劑的首要作用是提高電子電導率。導電劑在具活性物質之間、活性物質與集流體之間起到收集微電流的作用以減小電極的接觸電阻，提高鋰電池中電子的遷移速率，降低電池極化。此外，導電劑也可以提高極片加工性，促進電解液對極片的浸潤，從而提高鋰電池的使用壽命。常用的鋰電池導電劑可以分為傳統導電劑（如炭黑、導電石墨、碳纖維等）和新型導電劑（如碳納米管、石墨烯及其混合導電漿料等）。市面上的導電劑型號有 SPUER Li、S-O、KS-6、KS-15、SFG-6、SFG-15、350G、乙炔黑（AB)、科琴黑（KB)、氣相生長碳纖維（VGCF)、碳納米管及石墨烯等等。石墨烯作為新型導電劑，由於其獨特的片狀結構（二維結構），與活性物質的接觸為點-面接觸，而不是常規的點點接觸形式，這樣可以最大化的發揮導電劑等作用，減少導電劑的用量，從而可以多使用活性物質，提升鋰電池容量。基本上，加入 Super P 與石墨烯用料約 2:1，如果石墨烯的成本及分散問題解決了，工業化應用將會很快發展起來。而青島昊鑫就已經量產石墨烯導電劑供貨給電池大廠，證明這個技術已經成熟了。

我們找了德方納米的石墨烯導電劑做對比，可見我們的產品還是略勝一籌。據深圳電芯廠的朋友告知，他們的石墨烯跟其它兩家華南聲稱已經量產導電劑的石墨烯業者一樣都是比較厚，降低內阻的效果尚未達標。

石墨烯導電劑多半要求石墨烯需高純化，金屬雜質須低於 5ppm，因為金屬離子（Fe、Co、Ni、Cr等）對電池的危害很大，這點我們在製備石墨烯時就克服了。另外，石墨烯可能阻擋鋰離子擴散，所以採用均勻分散、適當添加及複合使用的方法都可以改善。這裡，能量型建議添加 0.8-1.5%，而功率型建議添加 1.5-3.5%。

感謝台灣恆耀科技陳泰宏博士的項目協助。目前進一步進行導電劑循環測試，先感謝台灣中原大學劉偉仁老師的協助，另外，深圳新恆業的小朋友，你們趕緊把這款導電劑驗證出來呀！

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