【行业】碳纳米管-快速崛起新型电池材料(27页)
正六边形的碳结构具有优良的物化性质。1)高导电导热:碳原子最外层是 4 个电子,当每个碳原子提供一个电子与另外三个碳原子成键之后,剩下的一个电子变为游离态,脱离单个碳原子的束缚在结构内自由运动,显示金属一般的导电性。导热分为电子导热和声子导热,而声子导热主要取决于材料刚性,因而材料的导热性能也十分优异。2)优异力学性能:碳原子化学键间的 120 度夹角(键角)符合杂化成键(SP2 杂化)的最佳角度,因而微观结构上具有很强稳定性,材料表现高力学性能。3)润滑防腐:由于结构类似石墨,因而材料也具有很好的润滑效果。
碳纳米管最显著的优点来自于导电性能优异,从而满足导电性要求下,其添加量可以更小从而提升活性物质含量。研究发现,碳纳米管与其他材料如石墨烯混合时,导电性能更加优异。碳纳米管电化学阻抗为 49.4,仅有传统材料炭黑 SP 的一半。采用与石墨烯混合阻抗更是降至 22.8。若用碳纳米管代替炭黑,导电性的提升十分可观。
较少的掺杂量弥补了碳纳米管高价的劣势。一般而言,导电剂添加量为正极或负极重量的 1%-3%。炭黑在正极材料中的添加量一般为 3%左右,而碳纳米管、石墨烯等新型导电剂的添加量可降低至 0.5%~1%左右,达到同样的导电效果,碳纳米管的用量仅为炭黑的 1/6~1/2。2018 年传统炭黑导电剂(SP)为 5.0-6.5 万元/吨,而碳纳米管导电剂价格为 45-55 万元/吨,单价为炭黑单价的 10 倍。但由于掺杂量较小,落实到单位成本,碳纳米管仅是炭黑单位成本的 1.7-5 倍。由于导电剂成本在锂电池中占比较小,牺牲部分小成本而获得材料克容量增大、循环性能更好等优势成为下游锂电池厂商的权衡考虑。


