天奈科技寧國慶：單壁碳納米管已經(jīng)處于量產(chǎn)前夜
“單壁碳納米管有一個明顯的能維持硅碳負極循環(huán)穩(wěn)定性的效果，這是其它傳統(tǒng)導電添加技術(shù)不能達到的。因此，從這個角度來講，如果想把硅碳負極產(chǎn)業(yè)化、運用到電動汽車上，基本上單壁碳納米管是唯一的解決方案。”江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)高級總監(jiān)寧國慶博士，在接受電池中國專訪時表示。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)高級總監(jiān)寧國慶博士接受專訪
對于整個碳納米管領域來說，長期以來最難以突破的就是單壁碳納米管的量產(chǎn)和應用。寧國慶指出，單壁碳納米管屬于碳納米管生產(chǎn)領域的一顆皇冠，不過現(xiàn)在已經(jīng)處于量產(chǎn)的前夕，應該很快就會有單壁碳納米管量產(chǎn)產(chǎn)品出來。目前天奈科技在單壁碳納米管的研發(fā)方面居行業(yè)前列。
作為行業(yè)龍頭，天奈科技是全球第一家把碳納米管大批量產(chǎn)的企業(yè)，也是全球第一家把碳納米管批量用在鋰電上的企業(yè)。寧國慶在第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)上作主題演講時介紹道，從2018到2021年，天奈科技在碳納米管市場連續(xù)多年穩(wěn)定排名國內(nèi)和全球第一，特別是2021年，其在國內(nèi)市場的占有率超過了40%。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)高級總監(jiān)寧國慶博士在峰會演講
碳納米管是極佳的導電劑材料，日益受到鋰電池企業(yè)重視。國信證券研報顯示，在鋰離子電池導電材料領域，2021年碳納米管按質(zhì)量占比的份額約為21%，產(chǎn)品滲透率份額約為30-40%。預計到2025年，全球碳納米管漿料需求將達到59萬噸，2022-2025年年均復合增速將達到47%，對應市場空間達到224億元。
據(jù)寧國慶介紹，碳納米管是一種管狀的納米材料，直徑從細到粗大概分布在1-100納米的范圍內(nèi)。細的碳納米管往往層數(shù)較少，只有一層或者兩層，管徑在1-5納米范圍。多層納米管的管壁由多層碳層、石墨層組成，管徑在5-100納米范圍。
天奈科技最早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品是多壁碳納米管，管徑在10-25納米，是一種聚團狀的多壁碳納米管。接著天奈開發(fā)了陣列式的多壁碳納米管，管徑在7-11納米;之后又開發(fā)了寡壁碳納米管和單雙壁碳納米管，“整個產(chǎn)品的開發(fā)方向就是朝著高導電性、易分散性方向發(fā)展”。
目前市場主流銷售的碳納米管是以多壁碳納米管為主。在演講中，寧國慶介紹了兩款性能更優(yōu)異的產(chǎn)品：陣列式寡壁管及其導電漿料，單雙壁碳納米管及其導電漿料。實驗數(shù)據(jù)表明，陣列式寡壁碳納米管具有非常好的性能，跟以往的多壁管漿料相比，具有體電阻率低的優(yōu)勢。
而單壁碳納米管則性能表現(xiàn)更優(yōu)。寧國慶表示，如果想把電池的能量密度直接提升，負極就一定要引入硅材料。但是目前硅負極材料有個問題就是體積膨脹大，導電率比較差。而添加單壁碳納米管可以有效提高硅碳負極的導電性和循環(huán)穩(wěn)定性。
“由于單壁碳納米管擁有高的導電性和很好的力學增強效果，它有很好的彈性模量，它沒有本身的扭曲特征，能夠在電極體積發(fā)生變化的時候，通過它的力學增強效果，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不坍塌。”寧國慶講解道。而且單壁碳納米管的對應的添加量，比多壁壘碳納米管要少得多，而它的體電阻率要低得多。
除了應用在硅碳負極，單壁碳納米管應用在常規(guī)的正極材料和石墨負極材料中，也可以表現(xiàn)出很好的應用性能。
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