天奈科技-國內碳管領跑者技術驅動持續加深護城河-211118（38頁）.pdf

1、導電劑作為鋰電池的關鍵輔材，起著提高鋰電池的倍率性能和使用壽命的作用。鋰電池活性材料本身導電性差，在極片制作時通常加入一定量的導電劑，在活性物質之間、活性物質與集流體之間起到收集微電流的作用，以減小電極的接觸電阻，加速電子的遷移速率;此外，導電劑可以提高極片加工性，促進電解液對極片的浸潤，有效地提高鋰離子在電極材料中的遷移速率，降低極化，從而提高電極的充放電效率和鋰電池的使用壽命。碳納米管是優化鋰電池性能瓶頸的絕佳材料，正逐漸替代進口的傳統導電劑，成為國內動力鋰電池的主流導電劑。近幾年，隨著用戶對高續航&長壽命&快充車型的需求越來越高，對電池能量密度、循環壽命和倍率性能要求也逐

2、漸提高。目前電池性能提升面臨瓶頸，能更進一步優化能量密度、循環壽命和倍率性能是碳納米管替代傳統炭黑導電劑成為鋰電池主流導電劑的條件。碳納米管相比傳統導電劑導電性能優異，添加量少，雖然價格偏貴，但性價比高。獨特的“線接觸”結構使得導電性能優異，大幅提升倍率性能和循環壽命。傳統導電劑炭黑類和導電石墨類是0 維導電劑，在電池電極中形成點接觸式的導電網絡，電池充放電過程中電子通過顆粒的點對點傳導。而新型導電劑分別是 1 維的碳納米管和2 維的石墨烯，在電極中形成有效的線和面導電網絡，電子可以直接從線或面內傳導，導電效率極高，從而提升電池的倍率性能。同時碳納米管可以使鋰電池循環過程中保持良好的鋰離子傳導

3、，從而可以大幅提升鋰電池的循環壽命。提升比能和降本是電池技術迭代主線，“高鎳正極+硅基負極”將是未來三元電池的技術路線：1)補貼退坡，下游降本需求強烈。三元材料中鈷金屬單價成本最高，三元材料通過降低鈷金屬含量提高鎳含量達到降低成本提高性能的目的。2)政策推動+高續航需求鋰電池朝更高能量密度目標邁進。目前商業化的石墨負極容量在 360mAh/g 左右，已非常接近其理論比容量 372mAh/g。根據工信部等四部委發布的促進汽車動力電池產業發展行動方案，到 2025 年，單體比能量達 500Wh/kg，目前石墨負極材料體系難以支撐。硅碳復合材料理論克容量約為 4200mAh/g 以上，比石墨負極高出

4、 10 倍有余。所以硅基材料有望成為高能量密度鋰電池的配套負極材料，搭配高鎳 NCM/NCA 正極以求獲得最佳效果。碳納米管完美解決“高鎳正極+硅基負極”體系缺陷。(1)高鎳正極導電性能較差，需要導電性能更優的材料提升導電性能;(2)單壁碳納米管解決了硅碳負極熱膨脹、導電率低等關鍵問題。硅碳負極應用于鋰電池中，在電池充放電過程中硅膨脹可達 400%，導致硅材料顆粒之間開裂，失去電接觸，從而導致負極失效。單壁碳納米管在引入硅負極后可覆蓋于硅顆粒表面并在硅顆粒之間建立高度導電和持久的連接，由此可以防止負極材料破裂，在此情況下硅負極具有完美的循環壽命。根據OCSiAl 發布TUBALL 單壁碳納米管，進行電池循環測試 800 次后仍能保持 90%以上容量，較VGCF、多臂碳納米管具有較大優勢(如下圖)。另一方面，硅碳負極的導電性較弱， CNT 優異的導電性彌補了硅原子帶來的不足，在負極中添加 TUBALL，可以同時實現快速放電和高電池容量。