中國粉體網訊  導電炭黑是一種特種炭黑，因其良好的導電性能和較高性價比，廣泛應用于導電和防靜電制品。炭黑填充型導電高分子材料，包括功能高分子材料、新型涂料和新型橡膠塑料制品等，已廣泛應用于礦用管材、電纜屏蔽、航天航空、電子電器、石油化工以及交通車輛等諸多領域。此外，導電炭黑在能源領域，如（動力）鋰離子電池、鉛酸電池和超級電容器中也受到青睞。

導電炭黑產品主要有副產炭黑（重油造氣副產炭黑）、乙炔炭黑和爐法導電炭黑三大類型。三種導電炭黑差異較大：乙炔炭黑和副產炭黑DBP吸收值較高；副產炭黑和爐法導電炭黑比表面積較大，易吸收水分和熱減量較高。此外，乙炔炭黑純凈度高，灰分含量低，而副產炭黑雜質含量大，灰分含量高。

三種類型導電炭黑的主要理化指標

導電炭黑應用性能與自身的導電性能密切相關。而其自身導電性主要取決于微晶結構、表面結構、聚集體結構和粒度分布等四個方面。

根據乙炔炭黑、副產炭黑和爐法導電炭黑三種導電炭黑的 XRD圖譜可知，三種導電炭黑衍射峰均較寬，微晶呈“亂層結構”。其中，副產炭黑和爐法導電炭黑的特征衍射峰（002）比乙炔炭黑的衍射峰更寬，非晶化程度較高。

三種導電炭黑的XRD圖譜

導電炭黑的表面官能團對導電炭黑的理化性能及應用性能有顯著影響。通過三種導電炭黑的傅里葉紅外光譜（FT-IR）圖，可看出，副產炭黑紅外光譜吸收峰較多，而乙炔炭黑和爐法導電炭黑吸收峰強度相對較弱。副產炭黑吸收峰的強度和數量均大于乙炔炭黑和爐法導電炭黑，但含氧官能團過多降低了其導電性。

三種導電炭黑的FT-IR圖譜

導電炭黑的聚集體結構包含單個炭黑顆粒和炭黑聚集體的形貌與尺寸分布信息，可通過透射電鏡（TEM）獲得其顆粒結構（直觀）信息。三種導電炭黑顆粒呈近似球形，熔聚在一起形成“葡萄串”狀聚集體。爐法導電炭黑粒徑約為20nm，小于乙炔炭黑粒徑（約40nm）和副產炭黑粒徑（約90nm），從圖中還可看出，副產炭黑具有發達的支鏈和孔隙結構，顆粒呈空殼狀，有利于形成導電通道。

三種導電炭黑的TEM照片

導電炭黑作為導電性功能填料，常用于改善自身導電性能較差不能滿足應用要求的高分子材料或無機材料的導電性能。決定導電炭黑應用性能的關鍵在于其與基體材料的匹配性，不同類型的導電炭黑在不同應用體系中表現出的性能差異，主要歸因于在基體材料中的導電機理不同。

填充復合型導電高分子材料的導電性取決于導電炭黑在高聚物中分散狀態和導電結構的形成情況。橡膠聚合物基體表面張力大、粘度高，在加工過程中分子間作用力大，顆粒大的導電炭黑所受剪切力較大，易分散，導電性好。副產炭黑粒徑較大，且比表面積非常大，呈空殼狀，可對橡膠分子進行局部包覆，加之支鏈結構發達，易形成導電網絡，因而在橡膠材料中導電性表現較好；乙炔炭黑粒徑較大，且呈實心結構，數量較少，所以導電性較差；爐法導電炭黑比表面積高，雖然粒徑較小，分散有一定困難，但由于顆粒數量多，綜合導電性能較好。

塑料聚合物表面張力小、粘度低，在加工過程中塑料分子間相互作用力較小，高速攪拌混料條件下，導電炭黑在其熔體中分散相對容易，所以在單位體積下導電炭黑顆粒數量越多，導電性越好，因此爐法導電炭黑性能較好。副產炭黑比表面積較大，并呈空殼狀，可對塑料分子進行局部包覆，加之其支鏈結構發達，易形成導電網絡，其導電性能表現最好。

鋰離子電池中，正極活性物質顆粒尺寸一般為μｍ或亞μｍ級，導電炭黑與其通過機械混合組成復合電極。乙炔炭黑和副產炭黑粒徑較大，可較好填充，加之發達支鏈結構形成導電通道，因此在鋰離子電池中導電性均表現較好。同時，乙炔炭黑呈實心結構，相較于副產炭黑，其電極比容量更高。

參考資料：

焦冬生，乙炔炭黑填充導電硅橡膠的研究

張繼華，炭黑填充導電硅橡膠的結構與性能

李昂，導電橡膠及其應用

陳薄，導電炭黑微觀結構及其應用性能

（中國粉體網編輯整理/江岸）

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