中國粉體網(wǎng)訊 隨著新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的代表,，因其更高的能量密度、更好的安全性和更長的循環(huán)壽命而備受關(guān)注,。在固態(tài)電池的發(fā)展中,，碳材料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且前景廣闊,。
碳材料在固態(tài)電池中的應(yīng)用
主流的碳材料有碳納米管,、石墨烯、導(dǎo)電炭黑,、多孔炭等,，在固態(tài)電池中可用作電極材料和電解質(zhì)添加劑等。
碳納米管
碳納米管具有良好的導(dǎo)電性,、高比表面積和優(yōu)異的機械性能,，在固態(tài)電池中主要作為導(dǎo)電劑使用。它能夠在活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與集流體之間建立高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，降低電極的接觸電阻,，加速電子的遷移速率，從而提高電池的充放電性能和倍率性能,。特別是在硅基負極中,，碳納米管導(dǎo)電漿料表現(xiàn)出色,，其高機械強度可以提高硅基負極的穩(wěn)定性，彌補硅基負極導(dǎo)電性差的缺點,，同時還能有效緩解硅基負極在鋰離子脫嵌過程中的結(jié)構(gòu)坍塌問題,。
石墨烯憑借其獨特的二維結(jié)構(gòu)和高電子遷移率、高理論比表面積等優(yōu)異性能,，在固態(tài)電池領(lǐng)域展現(xiàn)出多方面的重要作用,。它可作為電極材料，提高電池能量密度與電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,；也能充當導(dǎo)電添加劑,，提升電池充放電性能并降低內(nèi)阻；還可用于修飾固態(tài)電解質(zhì),，提高離子電導(dǎo)率和抑制鋰枝晶生長,；另外，作為隔膜材料能增強隔膜機械性能與離子選擇性,。
多孔炭
多孔炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積,，在固態(tài)電池中可作為硅碳負極的碳骨架材料。其品質(zhì)對于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的硅碳負極至關(guān)重要,，合適的多孔炭結(jié)構(gòu)可以為硅提供緩沖空間,，提高硅碳復(fù)合材料的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，并且能夠根據(jù)不同的應(yīng)用場景對其孔徑,、孔容和孔隙率進行調(diào)控,，以滿足電池性能的要求。
導(dǎo)電炭黑
導(dǎo)電炭黑是一種常用的導(dǎo)電劑,，主要應(yīng)用于電池的正極和部分負極,。它具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和高表面積，能夠在電極內(nèi)部建立導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),，提高極片內(nèi)部的電子傳輸能力,，且豐富的孔隙有助于吸收電解液，構(gòu)筑鋰離子遷移通道,，從而提高電池的放電速率和循環(huán)穩(wěn)定性,。
固態(tài)電池用碳材料研究進展
貝特瑞
貝特瑞新材料集團股份有限公司一直致力于碳材料的研發(fā)與生產(chǎn)，在固態(tài)電池用碳材料領(lǐng)域,，該公司開發(fā)出了高性能的硬碳負極材料,。通過優(yōu)化合成工藝和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，貝特瑞的硬碳負極材料不僅具有高比容量,，還在循環(huán)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色,，能夠滿足固態(tài)電池商業(yè)化應(yīng)用對負極材料的嚴格要求。
在新型硅碳產(chǎn)品領(lǐng)域,，開發(fā)出兼具高壓實,、低膨脹特性的快充型新硅碳負極,，并通過頭部3C電池廠商測試。在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)硅碳負極小批量應(yīng)用,，硅基負極產(chǎn)品于2024年成功導(dǎo)入國際頭部客戶供應(yīng)鏈,，在國內(nèi)外“46”系列大圓柱項目中全面突破。
道氏技術(shù)
公司在固態(tài)電池領(lǐng)域布局良好,，其碳納米管導(dǎo)電劑尤其是高性能單壁碳納米管（SWCNT）在固態(tài)電池中有較好應(yīng)用場景,。公司的單壁碳納米管粉體產(chǎn)品性能優(yōu)異，在純度,、比表面積,、GD值等方面與進口單壁碳納米管性能相當，甚至在雜質(zhì)金屬元素含量等指標上更優(yōu),。采用自研分散劑的單壁碳納米管漿料,，在粘度、固含量等指標上優(yōu)于進口單壁碳納米管漿料,。
道氏技術(shù)的碳納米管導(dǎo)電劑已向部分下游固態(tài)電池廠商小批量供貨，單壁碳納米管產(chǎn)品已送樣包括太藍,、衛(wèi)藍等在內(nèi)的主流固態(tài)電池廠商,，且已獲得某固態(tài)電池廠商訂單并小批量出貨。此外,，公司碳納米管導(dǎo)電劑產(chǎn)品還供應(yīng)給寧德時代用于固態(tài)電池,。
天奈科技
作為國內(nèi)碳納米管的龍頭企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋碳納米管粉體,、碳納米管導(dǎo)電漿料等,。其碳納米管導(dǎo)電劑在固態(tài)電池中有廣泛應(yīng)用，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝,，極大地提升了導(dǎo)電性能,。其高導(dǎo)電性碳納米管導(dǎo)電漿料在市場中占有近47%的份額。產(chǎn)品已向包括清陶,、衛(wèi)藍在內(nèi)的多家知名固態(tài)電池廠家供貨,，市場反饋良好。隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速,，公司有望在這一波浪潮中實現(xiàn)快速增長,。
黑貓?zhí)亢?/span>
公司成功研發(fā)出新型碳納米管復(fù)合導(dǎo)電漿料，該漿料在固態(tài)電池電解質(zhì)中的應(yīng)用,，有效提高了離子電導(dǎo)率和電池的倍率性能,。黑貓?zhí)亢谕ㄟ^自主研發(fā)的獨特制備技術(shù)，實現(xiàn)了碳納米管在漿料中的均勻分散,，進一步提升了其在固態(tài)電池中的應(yīng)用效果,。此外,，研發(fā)多年的超導(dǎo)電炭黑取得成果，產(chǎn)品已通過客戶驗廠并進入量產(chǎn)階段,，可用于固態(tài)電池作為導(dǎo)電劑,。
元力股份
元力股份在新能源碳材料開發(fā)工作進展順利，硬碳,、多孔碳均已實現(xiàn)量產(chǎn),，并受到下游知名廠商青睞。在多孔碳技術(shù)方面量產(chǎn)能力全行業(yè)領(lǐng)先,，其多孔碳聯(lián)合頭部客戶開發(fā),，已對接主流負極、電池客戶,，綁定電池龍頭,，累計出貨達百噸級。
龍星化工
龍星化工在固態(tài)電池材料方面有應(yīng)用和布局,。其炭黑產(chǎn)品可作為固態(tài)電池材料的中間體,，公司是國內(nèi)唯一一家掌握固態(tài)電池規(guī)模化量產(chǎn)高品質(zhì)納米級炭黑提供中間體新材料技術(shù)的企業(yè),，在固態(tài)電池中添加納米級炭黑能夠提高電池的機械強度和穩(wěn)定性,，增加電解質(zhì)的抗拉強度和韌性，進而提高固態(tài)電池的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命,。
碳材料在固態(tài)電池應(yīng)用中的挑戰(zhàn)
碳納米管的成本與規(guī)�,；a(chǎn)
雖然碳納米管在固態(tài)電池中的應(yīng)用效果顯著，但目前其制備成本相對較高,，且規(guī)�,；a(chǎn)過程中還存在一些技術(shù)難題，如產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性難以保證等,。
單壁碳納米管管徑均一,，比表面積大，在構(gòu)建高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),、提高離子電導(dǎo)率方面效果顯著,，尤其適用于追求極致性能的高端固態(tài)電池，但成本居高不下,；多壁碳納米管則由多個同心碳管組成,，機械強度高，在承受較大外力沖擊時,，仍能保證電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整,，在對電池穩(wěn)定性要求高的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。二者各有優(yōu)劣,，因此,，需要進一步優(yōu)化制備工藝,，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,，以滿足固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求,。
石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用難題
單層石墨烯僅有一個原子層厚度,，具備極高的電子遷移率,，能大幅提升電極材料的導(dǎo)電性，在提高電池充放電倍率上優(yōu)勢明顯,；但它的制備難度大,、成本高，大規(guī)模應(yīng)用受限,。多層石墨烯電子遷移率則稍遜一籌,，不過機械性能更為出色，在增強電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面發(fā)揮作用,，且制備相對容易,，成本較低，在一些對成本較為敏感的應(yīng)用場景中更具優(yōu)勢,。就市場來看,，目前制造出來的石墨烯產(chǎn)品大多不是完整的單層結(jié)構(gòu)，而是復(fù)合后的多層結(jié)構(gòu),，讓石墨烯的優(yōu)勢大打折扣,。
碳材料與固態(tài)電解質(zhì)的兼容性
固態(tài)電池中,，碳材料與固態(tài)電解質(zhì)之間的兼容性對電池性能至關(guān)重要,。不同類型的碳材料和固態(tài)電解質(zhì)在物理和化學(xué)性質(zhì)上存在差異，可能導(dǎo)致界面接觸不良,、離子傳輸受阻等問題,。因此，需要深入研究碳材料與固態(tài)電解質(zhì)的相互作用機制,，開發(fā)出具有良好兼容性的材料體系和界面修飾技術(shù),，以提高固態(tài)電池的整體性能。
結(jié)語
在固態(tài)電池的發(fā)展進程中,，碳材料已占據(jù)不可替代的關(guān)鍵地位,，它在電極材料、電解質(zhì)添加劑等方面廣泛應(yīng)用,，顯著提升了固態(tài)電池的性能,。眾多企業(yè)持續(xù)發(fā)力碳材料研發(fā)，不斷取得技術(shù)突破,，推動固態(tài)電池技術(shù)邁向更高水平,。未來,，碳材料將為固態(tài)電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)，進而推動新能源產(chǎn)業(yè)邁向更為輝煌的發(fā)展階段,，助力全球能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型,。
參考來源：
中國粉體網(wǎng)，東方財富網(wǎng),，雪球,，各公司官網(wǎng)
程醒，李曈,，司知蠢,，等：能源存儲與轉(zhuǎn)化用微納超結(jié)構(gòu)碳：現(xiàn)狀與建議
上海證券報：固態(tài)電池商業(yè)化進展虛實
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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