天奈科技寧國慶：?jiǎn)伪谔技{米管已經(jīng)處于量產(chǎn)前夜
“單壁碳納米管有一個(gè)明顯的能維持硅碳負極循環(huán)穩定性的效果，這是其它傳統導電添加技術(shù)不能達到的。因此，從這個(gè)角度來(lái)講，如果想把硅碳負極產(chǎn)業(yè)化、運用到電動(dòng)汽車(chē)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)高級總監寧國慶博士，在接受電池中國專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)高級總監寧國慶博士接受專(zhuān)訪(fǎng)
對于整個(gè)碳納米管領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，長(cháng)期以來(lái)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(lǐng)域的一顆皇冠，不過(guò)現在已經(jīng)處于量產(chǎn)的前夕，應該很快就會(huì )有單壁碳納米管量產(chǎn)產(chǎn)品出來(lái)。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(dòng)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2022)上作主題演講時(shí)介紹道，從2018到2021年，天奈科技在碳納米管市場(chǎng)連續多年穩定排名國內和全球第一，特別是2021年，其在國內市場(chǎng)的占有率超過(guò)了40%。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)高級總監寧國慶博士在峰會(huì )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(lǐng)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(wàn)噸，2022-2025年年均復合增速將達到47%，對應市場(chǎng)空間達到224億元。
據寧國慶介紹，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。細的碳納米管往往層數較少，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(shí)現產(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(zhù)天奈開(kāi)發(fā)了陣列式的多壁碳納米管，管徑在7-11納米;之后又開(kāi)發(fā)了寡壁碳納米管和單雙壁碳納米管，“整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方向就是朝著(zhù)高導電性、易分散性方向發(fā)展”。
目前市場(chǎng)主流銷(xiāo)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(shí)驗數據表明，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(gè)問(wèn)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)穩定性。
“由于單壁碳納米管擁有高的導電性和很好的力學(xué)增強效果，它有很好的彈性模量，它沒(méi)有本身的扭曲特征，能夠在電極體積發(fā)生變化的時(shí)候，通過(guò)它的力學(xué)增強效果，維持結構穩定性不坍塌。”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的正極材料和石墨負極材料中，也可以表現出很好的應用性能。
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