一提到锂离子电池，人们就会想到，这些设备是如何供电的呢？当然，用来给它们供电的材料本身就具有导电性，对不对？事实证明，这远没有你想象的那么简单。储能材料需要助力，才能为我们的设备提供所需的电力。

把锂离子电池想象成一个水桶，里面的水就是能量（瓦特）。NMC811较大，而值得信赖的 LFP较小。重要的一点是，LFP电池这个水桶的开口大，而NMC811电池这个水桶的开口相对较小。NMC811这个水桶里的水更多（因为它大），但LFP这个水桶的开口大（尽管装的水更少）——哪一个会在比赛中用来运水呢？电池中的能量与水桶中的水是同样的道理。要把电池中的能量全部倒出来，需要一个合适的开口。同样地，要补充电池中的能量，也需要一个方便的开口将水注入水桶中。导电添加剂，如碳黑或碳纳米管，可以提升接受电荷能力相对较差的材料中的电子路径，从而为获取能量提供便利。那么水桶呢？碳添加剂可以调整这些水桶的开口，用通道换容量。就电动汽车而言，这些差异就像油门反应更灵敏或充电速度更快一样。

水桶代表电池容量，开口代表充放电速度

在锂离子电池的材料清单中，碳添加剂通常是低成本的材料之一。然而，它们对实现高性能的设计至关重要，并直接影响着电池的特性。为了让大家感受一下材料的尺寸和大小，请看下图。下面是一种典型的炭黑导电添加剂，尺寸为0.5微米。这些粒子非常非常小。正极活性材料（CAM）和负极活性材料（AAM）的平均尺寸（d50）约为10到20微米，可见比这种添加剂要高出几个数量级。

此外，碳粒子连接在一起，形成了一个分支结构。这种结构专门用于填充阴极/阳极材料之间的间隙（自由空间），可以让电子在这些超高速公路上任意穿梭。但是，如果设计不当，这些高速公路就会变得极其曲折（弯曲）和狭窄（缓慢）。这样一来，电池可能需要更长的时间来充电，而且永远都无法放出它所拥有的能量。

导电添加剂是否有一个理想用量呢？由于特定正极/负极批次的间隙空间和导电率存在差异，因此粒径也存在一定的差异。要确定导电碳添加量，需要反复试验，才能最终成功。电池设计师知道大致正确的用量，但在拟议的电池设计中进行试验之前，可以预计到，电池性能会由于导电碳含量的变化而发生显著变化。在博拉炭黑，我们的科学家和工程师定期进行添加量研究，以确定特定活性材料的导电碳添加量。如果电池的导电碳含量太低，那么即使在低电流倍率下也无法正常工作。导电碳的用量（通常少于10 wt%）可以在非常高放电倍率下提供80%以上的容量保持率。(简单的技术说明： C-Rate 是电池总能量放电/充电的速度（电流）。1C电流速率是电池在1小时内完成充放电的电流。2C是在半小时内完全充放电，0.5C是2小时，以此类推。请记住，电池的容量各不相同，因此这与电池的具体容量有很大关系）。

图3- 导电炭黑添加量对电池充放电能力的影响，数据由博拉炭黑提供

图3表明，对于这种LFP电池，导电添加剂的用量越大，更高倍率下电池容量就能保持在更高水平。因此，人们可能倾向于添加尽可能多的导电碳。然而，这些碳添加剂的内在能量容量（水桶大小）非常小，远远低于与之混合的正极/负极的能量容量。这意味着最终需要在电池容量（水桶大小）和充放电能力（开口大小）之间进行权衡，并根据终端应用需求找到一个最优值。

电池行业的主要目标之一是提高电池的能量密度。导电碳是否能在实现这一目标的过程中发挥作用呢？是的！博拉炭黑正在积极研究下一代导电碳材料，如碳纳米管(CNT)。碳纳米管（CNT）仅需要传统碳黑添加剂重量20-30%的添加量，电池制造商就可以增加配方中活性材料的数量，从而提高电池的能量密度，进而增加电动汽车的行驶里程。回到水桶的比喻，碳纳米管（CNT）就像在桶盖上安装了许多小孔，可以更容易让水流出去或者把水装回去。

碳纳米管（CNT）面临的挑战之一是难以将其混入电池配方中。为了最大限度地发挥导电添加剂的作用，它们必须能够涂覆在正极/负极的表面，并填充这些粒子之间的间隙。然而，碳纳米管（CNT）容易聚集在一起，这对于实验室规模的研究人员和超级工厂规模的工艺工程师来说都是一个噩梦。幸运的是，博拉炭黑利用炭黑的分散性，利用碳纳米管（CNT） 实现突破锂离子电池能量密度极限所需的高导电性，提供了一种可以解决这些工艺问题的炭黑/碳纳米管（CNT）复合混合材料。

感谢您在百忙之中阅读这篇关于导电添加剂技术现状的简短总结。尽管导电添加剂在锂离子电池中只占很小的比例，但它却能真正改变电池的整体性能。