天奈科技寧國慶：單壁碳納米管已經處于量產前夜
“單壁碳納米管有一個明顯的能維持硅碳負極循環穩定性的效果，這是其它傳統導電添加技術不能達到的。因此，從這個角度來講，如果想把硅碳負極產業化、運用到電動汽車上，基本上單壁碳納米管是唯一的解決方案。”江蘇天奈科技股份有限公司研發高級總監寧國慶博士，在接受電池中國專訪時表示。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發高級總監寧國慶博士接受專訪
對于整個碳納米管領域來說，長期以來最難以突破的就是單壁碳納米管的量產和應用。寧國慶指出，單壁碳納米管屬于碳納米管生產領域的一顆皇冠，不過現在已經處于量產的前夕，應該很快就會有單壁碳納米管量產產品出來。目前天奈科技在單壁碳納米管的研發方面居行業前列。
作為行業龍頭，天奈科技是全球第一家把碳納米管大批量產的企業，也是全球第一家把碳納米管批量用在鋰電上的企業。寧國慶在第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)上作主題演講時介紹道，從2018到2021年，天奈科技在碳納米管市場連續多年穩定排名國內和全球第一，特別是2021年，其在國內市場的占有率超過了40%。
圖為江蘇天奈科技股份有限公司研發高級總監寧國慶博士在峰會演講
碳納米管是極佳的導電劑材料，日益受到鋰電池企業重視。國信證券研報顯示，在鋰離子電池導電材料領域，2021年碳納米管按質量占比的份額約為21%，產品滲透率份額約為30-40%。預計到2025年，全球碳納米管漿料需求將達到59萬噸，2022-2025年年均復合增速將達到47%，對應市場空間達到224億元。
據寧國慶介紹，碳納米管是一種管狀的納米材料，直徑從細到粗大概分布在1-100納米的范圍內。細的碳納米管往往層數較少，只有一層或者兩層，管徑在1-5納米范圍。多層納米管的管壁由多層碳層、石墨層組成，管徑在5-100納米范圍。
天奈科技最早實現產業化的產品是多壁碳納米管，管徑在10-25納米，是一種聚團狀的多壁碳納米管。接著天奈開發了陣列式的多壁碳納米管，管徑在7-11納米;之后又開發了寡壁碳納米管和單雙壁碳納米管，“整個產品的開發方向就是朝著高導電性、易分散性方向發展”。
目前市場主流銷售的碳納米管是以多壁碳納米管為主。在演講中，寧國慶介紹了兩款性能更優異的產品：陣列式寡壁管及其導電漿料，單雙壁碳納米管及其導電漿料。實驗數據表明，陣列式寡壁碳納米管具有非常好的性能，跟以往的多壁管漿料相比，具有體電阻率低的優勢。
而單壁碳納米管則性能表現更優。寧國慶表示，如果想把電池的能量密度直接提升，負極就一定要引入硅材料。但是目前硅負極材料有個問題就是體積膨脹大，導電率比較差。而添加單壁碳納米管可以有效提高硅碳負極的導電性和循環穩定性。
“由于單壁碳納米管擁有高的導電性和很好的力學增強效果，它有很好的彈性模量，它沒有本身的扭曲特征，能夠在電極體積發生變化的時候，通過它的力學增強效果，維持結構穩定性不坍塌。”寧國慶講解道。而且單壁碳納米管的對應的添加量，比多壁壘碳納米管要少得多，而它的體電阻率要低得多。
除了應用在硅碳負極，單壁碳納米管應用在常規的正極材料和石墨負極材料中，也可以表現出很好的應用性能。
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