碳纳米管用于锂电池替代传统导电剂的市场和分析

2013-11-27 16:58阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/3008389644

锂电池主要由正级材料、隔膜、电解液、负极材料、粘结剂、导电剂、极耳、铝塑复合膜等构成。正极、负极材料国内早有生产，随着电解液、隔膜的国产化带来了巨大的利润。导电剂是电池构成中很小的一部分，但也是其必不可少的一个重要组分。目前国内大量使用国外公司的导电剂，而且随着动力电池的发展对导电剂提出了新的要求，新一代锂电池导电剂的产业化将会带来巨大的利润。
导电剂在电池里起到传导电子和吸纳电解液的作用，常见的导电剂有炭黑和石墨两种类型，例如炉黑法导电炭黑Super-P Li，石墨KS-6和KS-15，科琴黑ECP系列，乙炔黑，最大的供应商是特密高公司，其内代理商是捷进化工以及上海汇普。碳纳米管和VGCF是新一代的电池导电剂，其特殊之处在于其纤维的形状和很长的长径比，更容易形成和保持导电通路。SP就50块左右一公斤，KS-6在100块左右，350G和EC-300J，价格在250左右。常用的导电剂中，SP最便宜，再次是导电石墨，再其次是超导电炭黑350G和EC-300J，再后就是ECP和ECP600JD，最贵的就是碳纳米管和VGCF。使用碳纳米管可以减少导电剂在电池里的添加量，

对提高电池的能量密度有好处。
虽然碳纳米管很贵, 碳纳米管用于锂电池可以显著改善磷酸铁锂、锰酸锂等汽车动力电池的性能，因为能带来的好处如下：
1）显著改善锂离子电池的循环性能，尤其是大倍率循环性能；
2）改善电极的导热性，便于热量转移，不会造成局部温升过高；
3）具有物理粘结剂的作用，提高极片活性物质与基体的粘结强度；
4）较好的导电网络让电极活性颗粒得以彼此连接，克服了充放电过程中活性材料的膨胀和收缩引起的电极活性颗粒的分离与脱落
这些功能都是传统的导电剂所没有的，尤其是应用在汽车动力电池领域的时候。

目前主要的碳纳米管导电剂生产商和特点：

生产商	价格（元/公斤）	特点
昭和电工	2000	年产200吨高纯VGCF，价格较高，VGCF直径150nm导电效果比碳纳米管稍差，分散性较好。昭和看好动力电池市场，正扩产到400吨/年。
北京某公司	1000多	99.8%的纯度不够高，达不到高规格电池的要求，价格较高，
成都某公司	1000多	能提供高纯度碳纳米管，产量较少，价格较高
深圳某公司	1000多	能提供高纯度碳纳米管，产量较少，价格较高

碳纳米管在目前的锂导电剂中性能是最好的，制约其在电池领域广泛推广应用的主要原因有以下三个：
1）需要低成本的把碳纳米管大量生产出来。碳纳米管的成本越低，可应用的领域越多，包括铅酸电池也可以使用碳纳米管。
2）碳纳米管的高纯度后处理。生产碳纳米管要用到含铁、钴、镍的催化剂，而锂电池用的碳纳米管要求铁、钴、镍等金属离子含量小于50PPM，金属离子含量越低越好。
3）碳纳米管的均匀分散。反应器里制造出来的碳纳米管粉末是互相缠绕和团聚的，紧接着的均匀分散碳纳米管在各种体系和介质中是最关键的应用瓶颈，这样才能发挥出碳纳米管的作用和特性，否则就是无用的团块和团聚体。超声波可以少量的分散碳纳米管，但不合适处理工业规模的碳纳米管分散。

经过多年的努力，目前我已能较好的解决上述的三个关键点：
1）碳纳米管的高纯后处理。经过我的提纯处理获得的高纯碳纳米管，经长沙矿冶研究院检测，总灰份0.0099%，Fe：12.0PPM，Zn2.0PPM，Al14.0PPM，具体检测报告请见附件一。且此技术能工业规模的大量处理碳纳米管。
2）碳纳米管的工业规模分散技术。经过我的分散方法处理的碳纳米管分散液透射电镜检测照片如下：（分散液稀释到含碳纳米管0.15%浓度）

碳纳米管用于锂电池替代传统导电剂的市场和分析

碳纳米管用于锂电池替代传统导电剂的市场和分析

球磨、砂磨没分散好的碳纳米管如下：

碳纳米管用于锂电池替代传统导电剂的市场和分析

目前在锂电池领域用的碳纳米管，国内已经形成了一年数百吨的市场（以碳纳米管干粉计）。
采用我的技术大规模低成生产和提纯、分散碳纳米管，应用于锂电池，将可大量替代传统的SP和KS-6导电剂。

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