天奈科技-国内碳管领跑者技术驱动持续加深护城河-211118（38页）.pdf

1、导电剂作为锂电池的关键辅材，起着提高锂电池的倍率性能和使用寿命的作用。锂电池活性材料本身导电性差，在极片制作时通常加入一定量的导电剂，在活性物质之间、活性物质与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电极的接触电阻，加速电子的迁移速率;此外，导电剂可以提高极片加工性，促进电解液对极片的浸润，有效地提高锂离子在电极材料中的迁移速率，降低极化，从而提高电极的充放电效率和锂电池的使用寿命。碳纳米管是优化锂电池性能瓶颈的绝佳材料，正逐渐替代进口的传统导电剂，成为国内动力锂电池的主流导电剂。近几年，随着用户对高续航&长寿命&快充车型的需求越来越高，对电池能量密度、循环寿命和倍率性能要求也逐

2、渐提高。目前电池性能提升面临瓶颈，能更进一步优化能量密度、循环寿命和倍率性能是碳纳米管替代传统炭黑导电剂成为锂电池主流导电剂的条件。碳纳米管相比传统导电剂导电性能优异，添加量少，虽然价格偏贵，但性价比高。独特的“线接触”结构使得导电性能优异，大幅提升倍率性能和循环寿命。传统导电剂炭黑类和导电石墨类是0 维导电剂，在电池电极中形成点接触式的导电网络，电池充放电过程中电子通过颗粒的点对点传导。而新型导电剂分别是 1 维的碳纳米管和2 维的石墨烯，在电极中形成有效的线和面导电网络，电子可以直接从线或面内传导，导电效率极高，从而提升电池的倍率性能。同时碳纳米管可以使锂电池循环过程中保持良好的锂离子传导

3、，从而可以大幅提升锂电池的循环寿命。提升比能和降本是电池技术迭代主线，“高镍正极+硅基负极”将是未来三元电池的技术路线：1)补贴退坡，下游降本需求强烈。三元材料中钴金属单价成本最高，三元材料通过降低钴金属含量提高镍含量达到降低成本提高性能的目的。2)政策推动+高续航需求锂电池朝更高能量密度目标迈进。目前商业化的石墨负极容量在 360mAh/g 左右，已非常接近其理论比容量 372mAh/g。根据工信部等四部委发布的促进汽车动力电池产业发展行动方案，到 2025 年，单体比能量达 500Wh/kg，目前石墨负极材料体系难以支撑。硅碳复合材料理论克容量约为 4200mAh/g 以上，比石墨负极高出

4、 10 倍有余。所以硅基材料有望成为高能量密度锂电池的配套负极材料，搭配高镍 NCM/NCA 正极以求获得最佳效果。碳纳米管完美解决“高镍正极+硅基负极”体系缺陷。(1)高镍正极导电性能较差，需要导电性能更优的材料提升导电性能;(2)单壁碳纳米管解决了硅碳负极热膨胀、导电率低等关键问题。硅碳负极应用于锂电池中，在电池充放电过程中硅膨胀可达 400%，导致硅材料颗粒之间开裂，失去电接触，从而导致负极失效。单壁碳纳米管在引入硅负极后可覆盖于硅颗粒表面并在硅颗粒之间建立高度导电和持久的连接，由此可以防止负极材料破裂，在此情况下硅负极具有完美的循环寿命。根据OCSiAl 发布TUBALL 单壁碳纳米管，进行电池循环测试 800 次后仍能保持 90%以上容量，较VGCF、多臂碳纳米管具有较大优势(如下图)。另一方面，硅碳负极的导电性较弱， CNT 优异的导电性弥补了硅原子带来的不足，在负极中添加 TUBALL，可以同时实现快速放电和高电池容量。