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(jī)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(fù)極中,碳納米管導(dǎo)電漿料表現(xiàn)出色,,其高機(jī)械強(qiáng)度可以提高硅基負(fù)極的穩(wěn)定性,,彌補(bǔ)硅基負(fù)極導(dǎo)電性差的缺點(diǎn),同時(shí)還能有效緩解硅基負(fù)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(dú)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(dāng)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(qiáng)隔膜機(jī)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(fù)極的碳骨架材料,。其品質(zhì)對于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的硅碳負(fù)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(jìn)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(fù)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(jìn)展
貝特瑞
貝特瑞新材料集團(tuán)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(fù)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(fù)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(fù)極材料的嚴(yán)格要求,。
在新型硅碳產(chǎn)品領(lǐng)域,,開發(fā)出兼具高壓實(shí)、低膨脹特性的快充型新硅碳負(fù)極,,并通過頭部3C電池廠商測試,。在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)硅碳負(fù)極小批量應(yīng)用,硅基負(fù)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(xiàng)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(jìn)口單壁碳納米管性能相當(dāng),,甚至在雜質(zhì)金屬元素含量等指標(biāo)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(biāo)上優(yōu)于進(jìn)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(lán),、衛(wèi)藍(lán)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(shí)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(lán)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(shí)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(dú)特制備技術(shù),,實(shí)現(xiàn)了碳納米管在漿料中的均勻分散,,進(jìn)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(yàn)廠并進(jìn)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(jìn)展順利,,硬碳、多孔碳均已實(shí)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(fù)極,、電池客戶,綁定電池龍頭,,累計(jì)出貨達(dá)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)�,;慨a(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(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性,,增加電解質(zhì)的抗拉強(qiáng)度和韌性,,進(jìn)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(gè)同心碳管組成,,機(jī)械強(qiáng)度高,,在承受較大外力沖擊時(shí),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(jìn)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(gè)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(jī)械性能更為出色,,在增強(qiáng)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(jī)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(jìn)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(dòng)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ),,進(jìn)而推動(dòng)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(cái)富網(wǎng),,雪球,各公司官網(wǎng)
程醒,,李曈,,司知蠢,等:能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化用微納超結(jié)構(gòu)碳:現(xiàn)狀與建議
上海證券報(bào):固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)展虛實(shí)
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白)
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