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碳纳米管加快替代传统导电剂

2018-06-24  来自: 高工锂电公众号 浏览次数:655

    随着国内碳纳米管企业IPO数量的增多以及提速,这一细分锂电池材料领域的竞争也越来越激烈。


    碳纳米管企业快速IPO的背景是,2015年以来,动力电池市场的规模化需求爆发。经过3年多的发展,保证前提下,动力电池企业又掀起一场高能量密度的攻坚竞逐战,导入新型锂电材料是当前电池企业的。


作为锂电池辅材,导电剂也正在从传统炭黑等材料向碳纳米管等新型材料转化。国内主流动力电池企业比亚迪、宁德时代、国轩高科、亿纬锂能、比克、力神、中航锂电等都在使用碳纳米管导电剂。


具体来看,数码和动力市场,锂电池企业在选用碳纳米管导电剂类别上会有一些差异。目前,除了低端锂电市场还在使用传统炭黑,中数码锂电池企业超过90%都在使用碳纳米管,比如比亚迪、比克、力神、卓能等数码巨头。


动力电池方面,各家电池企业的材料体系不同,会根据导电剂的形态、颗粒大小、比表面积、导电性能的不同而进行分别配套。比如三元系和锰系材料更偏爱纯碳纳米管,以多壁碳纳米管为主;磷酸铁锂系更中意复合碳纳米管(多为掺类石墨烯)。


根据高工产研锂电研究所(GGII)统计数据,2017年国内碳纳米管导电浆料产量达到2.89万吨,其中动力电池应用端产量,占比接近60%。预计2018年碳纳米管导电浆料产量将超过4万吨。


动力电池市场需求快速爆发,电池企业对碳纳米管的性能要求也随之提升。国内提前在技术方面卡位的碳纳米管企业获得先发优势。目前,国内排名前列的碳纳米管企业如天奈科技、德方纳米均在积极IPO,已经进入国内排名前十动力电池企业供应链。


从技术角度来看,导电剂能够提升锂电池导电性,但并非添加得越多越好。根据试验结果,导电炭黑含量增加到3%时,锂电池首次充放电效率达到高;当增加到4%和5%,首次充放电效率都在降低。


一般而言,导电剂添加量为正极或负极重量的1%-3%。炭黑在正极材料中的添加量通常为3%左右为宜,而碳纳米管、石墨烯等新型导电剂的添加量可降低至0.5%~1%左右,提升正极活性物质填充量,有助于提升锂离子电池能量密度。


相比传统炭黑,碳纳米管添加量约在0.5%-1.5%,就能够达到导电性增强效果,比炭黑减少将近一半用量。添加量少但效果却,这正是动力电池企业逐步实现替代传统导电剂的主要原因。


长期以来,碳纳米管导入动力电池市场的主要影响因素在分散的技术瓶颈和单价成本问题。


导电性能特别好的导电剂基本上都是颗粒特别细小、比表面积特别大,容易团聚,对分散的要求都比较高,如果分散没处理好,导电性能再强的导电剂在锂电池的应用中也不会体现出特别优良的效果。


其中,碳纳米管比表面积较大,容易形成团聚,很难均匀分散在电极材料中,需要将碳纳米管借助合适的分散溶剂进行均匀的预分散,制成导电浆料,方可用于锂电池电极材料中。近几年,随着国内对碳纳米管研究的不断深入,天奈科技、三顺纳米、德方纳米、集越纳米、青岛昊鑫等主流碳纳米管企业已经可较好解决碳纳米管分散问题。


价格方面,相比前两年,碳纳米管虽然没有比较优势,但价格下滑幅度超过50%,目前根据各家生产工艺、原材料补贴,粗管碳纳米管导电浆料每吨市场单价不超过5万元,这也推动了其替代传统炭黑在动力市场的应用。


以下是国内排名前列的5家碳纳米管企业概要:


天奈科技:的碳纳米管生产基地


天奈科技持有纳米碳管制备的专利,现建有年产量达1000吨碳纳米管及10000吨导电浆料生产线,是的碳纳米管生产基地。


天奈科技费时一年开发碳纳米管与石墨烯复合导电剂,克服了石墨烯制造不易与碳纳米管分散困难问题,成功将两者结合,这比原有传统炭黑导电性提高4倍,提升电池容量同时,电池放电倍率提升16%,大幅改善锂电池充放电速度缓慢问题,有效延长电池寿命。


此外,天奈科技开发的催化生长工艺,能够以连续制造方式生产碳纳米管,实现大规模生产至吨级产能水平。该专利技术超过许多传统工艺,可以在批量生产过程中以高产率制造碳纳米管而无过多限制。随着在规模化学反应器中的连续碳纳米管生产,天奈科技已经实现提供高产能并保持质量一致性的产品。


三顺纳米:新增年产能10000吨


三顺纳米碳纳米管复合导电剂的性能与质量已得到三星SDI认可,自2013年开始批量出口海外,终应用于三星SDI生产的3C电池当中。


      三顺纳米的碳纳米管复合导电剂由碳纳米管纯粉与高导电炭黑混合制备而成,其能够在活性物质之间同时形成点接触式和线接触式的导电网络,有效降低锂离子电池内阻,提升电池充放电性能;同时,碳纳米管复合导电剂较碳纳米管粉体分散性能,使用更为便捷。


目前,三顺纳米正在积极投建“新增年产能10000吨碳纳米管导电浆料”项目。


德方纳米:超声分散技术解决碳纳米管分散难题


德方纳米于2008年开始将纳米化技术应用于制备锂电池材料,研发的“锂离子二次电池用碳纳米管导电液的制备方法”,使用超声分散技术,将碳纳米管团聚打开,得到均匀分散的碳纳米管导电液,解决了碳纳米管分散的问题。


德方纳米主要采用化学气相沉积法,可实现多种碳纳米管的批量生产。其中,多壁碳纳米管是公司主要生产和销售的产品,其具有金属性碳纳米管含量高、直径长短可控、导电性好、可分散性良好等特性,应用于锂离子电池后可有效的提高电池的循环寿命和大倍率充放电性能。


集越纳米:目前市场90%集中在数码领域


集越纳米拥有自主研发的用CVD法制备的碳纳米管技术及纯化技术,拥有两个生产基地、7个系列产品。集越纳米总经理张权曾对高工锂电表示,公司去年碳纳米管导电浆料出货量在4000吨左右,当前月出货量达到500吨左右,今年目标出货6500吨。


“公司目前市场90%集中在数码领域,但未来动力电池领域的市场占比会持续提升。”张权表示,集越纳米目前正在扩充产能,现有产能750吨/月左右,年底产能将达到1000吨/月。


青岛昊鑫:预计2018全年碳纳米管销量3000吨


青岛昊鑫主营石墨烯和碳纳米管两大导电剂,现有年产能10000吨。目前,该公司碳纳米管导电剂销售量相对稳定,根据道氏技术收购预案披露,预计2018年青岛昊鑫全年碳纳米管导电剂销售量为3000吨。


青岛昊鑫开发的高导电性碳纳米管导电浆料应用于锂离子电池三元正极材料,具有优异的导电性能,少量添加可以显著降低极片内阻,提高电池比容量以及倍率性能。青岛昊鑫采用新型高效分散设备,显著提高分散效率。

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