天奈科技毛鷗：新一代單壁碳管導電劑助力電池循環(huán)性能提升
撰稿丨楊志廷
編輯丨麥 子
美編丨CBEA獨耀
▲江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)&知識產(chǎn)權總監毛鷗博士發(fā)表主題演講
日前，“第二屆新能源汽車(chē)及動(dòng)力電池（CIBF2021深圳）國際交流會(huì )”在深圳舉行，在風(fēng)帆有限責任公司冠名的“軟包電池核心材料及先進(jìn)技術(shù)突破”專(zhuān)場(chǎng)論壇上，江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)&知識產(chǎn)權總監毛鷗博士發(fā)表了主題為“導電劑發(fā)展和新一代單壁碳管導電劑的應用”的演講。
據毛鷗介紹，天奈科技成立于2011年，主要從事碳管及石墨烯產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售，其生產(chǎn)線(xiàn)自2012年開(kāi)始投產(chǎn)至今，已具備1500噸碳管和石墨烯、3萬(wàn)噸導電漿料的年產(chǎn)能。目前天奈科技導電漿料的產(chǎn)能還在持續擴增中，預計2021年年底導電漿料的年產(chǎn)能有望達到5萬(wàn)噸。
作為鋰電行業(yè)重要的輔助材料，導電劑的類(lèi)型已由過(guò)去的導電炭黑、導電石墨（片）等傳統導電劑轉換為納米碳纖維VGCF 、碳納米管CNT 、石墨烯等新型導電劑。具體到天奈科技，毛鷗介紹道，截至目前，天奈科技已研制了五代導電劑產(chǎn)品，不斷從粉末電導率 、縱橫比等維度提升產(chǎn)品性能。目前高性能的單壁碳管導電劑產(chǎn)品——FT2000正在研發(fā)中，已完成對關(guān)鍵客戶(hù)的送樣工作。
在產(chǎn)品性能優(yōu)勢方面，毛鷗談道，天奈科技的導電劑純度高，且長(cháng)徑比（導電劑重要參數之一）方面具有突出優(yōu)勢：公司產(chǎn)品純化后純度可達99%，其長(cháng)度一般為10納米左右（目前市面上多為5納米多），導電性能優(yōu)良。
從產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝角度來(lái)看，毛鷗表示，天奈科技產(chǎn)品的材料分散性好，稀釋之后材料的均勻分散狀態(tài)較高，不會(huì )出現市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品存在的嚴重纏繞問(wèn)題。
從碳納米管廣泛應用的電池正極材料領(lǐng)域來(lái)看，天奈科技的產(chǎn)品可以將正極材料的替代比例做到1：8，導電性好、石墨化程度高等優(yōu)勢明顯。
談及導電劑在電池負極的應用時(shí)，毛鷗表示，添加到電池負極中的硅氧材料，存在一個(gè)很大的問(wèn)題：其膨脹過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋會(huì )導致電池的循環(huán)性能不佳。針對以上問(wèn)題，天奈科技的FT2000產(chǎn)品采用了扣電方面的特殊設計，極大地改善了電池材料的循環(huán)性。此外，常見(jiàn)的解決方法還有通過(guò)添加碳納米管導電劑來(lái)延長(cháng)循環(huán)性。毛鷗認為，添加0.5%導電劑到單雙壁管的硅材料中，就能達到電阻滲透率的閾值（達到滲透閾值之后會(huì )形成很好的導電網(wǎng)絡(luò )）。
“如果采用1：20替代比例，FT2000將對電池循環(huán)性有更大的提升，在特定領(lǐng)域，可將循環(huán)次數從不到200次，提高到接近500次，達到用低成本的材料實(shí)現高容量、高循環(huán)的目標?！泵t強調道。
此外，毛鷗還分享了碳管導電劑在應用中的一些總結及建議：
第一、碳管可以在硅碳負極中1:3至1:10替代碳黑，首次循環(huán)效率和倍率性能將略有改善。
第二、整體導電劑應用趨勢是使用更細的碳納米管，這可以改善電池能量密度。
第三、使用更長(cháng)更細的碳納米管，如FT2000單壁碳管，可以極大延長(cháng)硅基負極的循環(huán)壽命。
第四、FT2000添加越多，SiOx循環(huán)性能越好；
第五、考慮到FT2000的分散性和粘度穩定性問(wèn)題，建議將其與多壁碳納米管一起使用。
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