天奈科技寧國(guó)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(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性的效果，這是其它傳統(tǒng)導(dǎo)電添加技術(shù)不能達(dá)到的。因此，從這個(gè)角度來(lái)講，如果想把硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化、運(yùn)用到電動(dòng)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(jí)總監(jiān)寧國(guó)慶博士，在接受電池中國(guó)專訪時(shí)表示。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)高級(jí)總監(jiān)寧國(guó)慶博士接受專訪
對(duì)于整個(gè)碳納米管領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)最難以突破的就是單壁碳納米管的量產(chǎn)和應(yīng)用。寧國(guó)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(xiàn)在已經(jīng)處于量產(chǎn)的前夕，應(yīng)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(guó)慶在第七屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)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(xù)多年穩(wěn)定排名國(guó)內(nèi)和全球第一，特別是2021年，其在國(guó)內(nèi)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(jí)總監(jiān)寧國(guó)慶博士在峰會(huì)演講
碳納米管是極佳的導(dǎo)電劑材料，日益受到鋰電池企業(yè)重視。國(guó)信證券研報(bào)顯示，在鋰離子電池導(dǎo)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(yù)計(jì)到2025年，全球碳納米管漿料需求將達(dá)到59萬(wàn)噸，2022-2025年年均復(fù)合增速將達(dá)到47%，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間達(dá)到224億元。
據(jù)寧國(guó)慶介紹，碳納米管是一種管狀的納米材料，直徑從細(xì)到粗大概分布在1-100納米的范圍內(nèi)。細(xì)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(shí)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(tuán)狀的多壁碳納米管。接著天奈開(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)方向就是朝著高導(dǎo)電性、易分散性方向發(fā)展”。
目前市場(chǎng)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(guó)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(dǎo)電漿料，單雙壁碳納米管及其導(dǎo)電漿料。實(shí)驗(yàn)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(shì)。
而單壁碳納米管則性能表現(xiàn)更優(yōu)。寧國(guó)慶表示，如果想把電池的能量密度直接提升，負(fù)極就一定要引入硅材料。但是目前硅負(fù)極材料有個(gè)問(wèn)題就是體積膨脹大，導(dǎo)電率比較差。而添加單壁碳納米管可以有效提高硅碳負(fù)極的導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性。
“由于單壁碳納米管擁有高的導(dǎo)電性和很好的力學(xué)增強(qiáng)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(qiáng)效果，維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不坍塌。”寧國(guó)慶講解道。而且單壁碳納米管的對(duì)應(yīng)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(yīng)用在硅碳負(fù)極，單壁碳納米管應(yīng)用在常規(guī)的正極材料和石墨負(fù)極材料中，也可以表現(xiàn)出很好的應(yīng)用性能。
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