天奈科技毛鷗：新一代單壁碳管導(dǎo)電劑助力電池循環(huán)性能提升
撰稿丨楊志廷
編輯丨麥 子
美編丨CBEA獨(dú)耀
▲江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)&知識產(chǎn)權(quán)總監(jiān)毛鷗博士發(fā)表主題演講
日前，“第二屆新能源汽車及動(dòng)力電池（CIBF2021深圳）國際交流會(huì)”在深圳舉行，在風(fēng)帆有限責(zé)任公司冠名的“軟包電池核心材料及先進(jìn)技術(shù)突破”專場論壇上，江蘇天奈科技股份有限公司研發(fā)&知識產(chǎn)權(quán)總監(jiān)毛鷗博士發(fā)表了主題為“導(dǎo)電劑發(fā)展和新一代單壁碳管導(dǎo)電劑的應(yīng)用”的演講。
據(jù)毛鷗介紹，天奈科技成立于2011年，主要從事碳管及石墨烯產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)、銷售，其生產(chǎn)線自2012年開始投產(chǎn)至今，已具備1500噸碳管和石墨烯、3萬噸導(dǎo)電漿料的年產(chǎn)能。目前天奈科技導(dǎo)電漿料的產(chǎn)能還在持續(xù)擴(kuò)增中，預(yù)計(jì)2021年年底導(dǎo)電漿料的年產(chǎn)能有望達(dá)到5萬噸。
作為鋰電行業(yè)重要的輔助材料，導(dǎo)電劑的類型已由過去的導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨（片）等傳統(tǒng)導(dǎo)電劑轉(zhuǎn)換為納米碳纖維VGCF 、碳納米管CNT 、石墨烯等新型導(dǎo)電劑。具體到天奈科技，毛鷗介紹道，截至目前，天奈科技已研制了五代導(dǎo)電劑產(chǎn)品，不斷從粉末電導(dǎo)率 、縱橫比等維度提升產(chǎn)品性能。目前高性能的單壁碳管導(dǎo)電劑產(chǎn)品——FT2000正在研發(fā)中，已完成對關(guān)鍵客戶的送樣工作。
在產(chǎn)品性能優(yōu)勢方面，毛鷗談道，天奈科技的導(dǎo)電劑純度高，且長徑比（導(dǎo)電劑重要參數(shù)之一）方面具有突出優(yōu)勢：公司產(chǎn)品純化后純度可達(dá)99%，其長度一般為10納米左右（目前市面上多為5納米多），導(dǎo)電性能優(yōu)良。
從產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝角度來看，毛鷗表示，天奈科技產(chǎn)品的材料分散性好，稀釋之后材料的均勻分散狀態(tài)較高，不會(huì)出現(xiàn)市場上同類產(chǎn)品存在的嚴(yán)重纏繞問題。
從碳納米管廣泛應(yīng)用的電池正極材料領(lǐng)域來看，天奈科技的產(chǎn)品可以將正極材料的替代比例做到1：8，導(dǎo)電性好、石墨化程度高等優(yōu)勢明顯。
談及導(dǎo)電劑在電池負(fù)極的應(yīng)用時(shí)，毛鷗表示，添加到電池負(fù)極中的硅氧材料，存在一個(gè)很大的問題：其膨脹過程中產(chǎn)生的裂紋會(huì)導(dǎo)致電池的循環(huán)性能不佳。針對以上問題，天奈科技的FT2000產(chǎn)品采用了扣電方面的特殊設(shè)計(jì)，極大地改善了電池材料的循環(huán)性。此外，常見的解決方法還有通過添加碳納米管導(dǎo)電劑來延長循環(huán)性。毛鷗認(rèn)為，添加0.5%導(dǎo)電劑到單雙壁管的硅材料中，就能達(dá)到電阻滲透率的閾值（達(dá)到滲透閾值之后會(huì)形成很好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)）。
“如果采用1：20替代比例，F(xiàn)T2000將對電池循環(huán)性有更大的提升，在特定領(lǐng)域，可將循環(huán)次數(shù)從不到200次，提高到接近500次，達(dá)到用低成本的材料實(shí)現(xiàn)高容量、高循環(huán)的目標(biāo)。”毛鷗強(qiáng)調(diào)道。
此外，毛鷗還分享了碳管導(dǎo)電劑在應(yīng)用中的一些總結(jié)及建議：
第一、碳管可以在硅碳負(fù)極中1:3至1:10替代碳黑，首次循環(huán)效率和倍率性能將略有改善。
第二、整體導(dǎo)電劑應(yīng)用趨勢是使用更細(xì)的碳納米管，這可以改善電池能量密度。
第三、使用更長更細(xì)的碳納米管，如FT2000單壁碳管，可以極大延長硅基負(fù)極的循環(huán)壽命。
第四、FT2000添加越多，SiOx循環(huán)性能越好；
第五、考慮到FT2000的分散性和粘度穩(wěn)定性問題，建議將其與多壁碳納米管一起使用。
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