锂离子电池实际极片中，活性物质尤其是正极材料电子导电性能相对较差，电子传输路径主要通过导电剂路径来实现，因此电池制造过程中需要加入导电剂，主要作用是提升电子导电性能。导电剂在活性物质颗粒之间，活性物质颗粒与集流体之间起到传导电子、收集微电流的作用，从而降低电极的接触电阻，有效降低电池的极化现象。

导电网络的形成依赖于导电剂在电极中的分布和形态。导电网络逾渗流理论模型可以用于预测和计算在特定浓度下形成连续导电网络的概率，从而为制备具有优异电导性能的复合材料提供了理论基础。

渗流理论最初被用于分析无序系统中全局连通性开始附近的物理现象。几何渗流转变（渗流阈值）定义如下：次要相（即填料）的颗粒相互接触，并且连续的团簇延伸到整个系统。

这种渗流理论可以用于解释非均相多组分的物理性质，比如导电性或导热性等。当填料含量接近该阈值时，复合材料的物理性能发生剧烈的非线性变化，如图1所示。比如导电-绝缘转变附近的系统输运特性可以用幂律关系表示：

图1 渗流理论与复合材料在渗流阈值fc附近的输运性能的非线性变化 （蓝色线），插图显示了复合材料微观结构中填料的几何形貌。

当fv < fc时，电导率与填料含量的关系为：

当fv＞fc时，电导率与填料含量的关系为：

其中 fv是导电第二相的体积分数，fc是渗流阈值，t是导电区的临界指数，s是绝缘区的临界指数。

通过应用这一理论，我们可以优化电极配方，确保导电剂的含量既能保证良好的电导性，又能避免过量添加导致的成本增加或性能下降。在电极材料中，零维的颗粒状导电剂虽然易于在活性物质表面均匀分散，有利于形成局部的电子通路，但在电极厚度方向上不利于形成连续的电子传输通道。一维纤维状导电剂则相反，它们难以与活性物质形成紧密接触，局部电子传导能力较差，但它们的长链结构有助于长程电子传导。二维片状导电剂如石墨烯，具有高电导率和超薄结构，能够通过“面-点”接触有效提升电极的电子传导性能。

因此，通过结合使用不同结构的导电剂，可以充分利用各自的优点，构建出更加完整和高效的导电网络。

参考文献：Qinghui Jiang, Junyou Yang, Peter Hing and Haitao Ye，Recent advances, design guidelines, and prospects of flexible organic/inorganic thermoelectric composites，Mater Adv 2020，1，1038-1054.

文章来源：锂想生活

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