碳纳米管：固态电池技术突破的关键材料

碳纳米管：固态电池技术突破的关键材料

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https://finance.sina.com.cn/roll/2024-11-08/doc-incvkiwe8536172.shtml

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https://finance.sina.com.cn/roll/2024-11-30/doc-incxvaww7942679.shtml

碳纳米管以其卓越的导电性能，正在成为固态电池技术突破的关键材料。作为新型导电剂，碳纳米管不仅能提升电池的能量密度和安全性，还能延长循环寿命，改善快充性能，为固态电池的商业化应用注入了新的动力。

碳纳米管是一种由单层或多层石墨烯片卷曲而成的一维量子材料，具有优异的导电性和机械强度。作为固态电池的导电剂，碳纳米管展现出比传统导电剂（如炭黑、导电石墨）更出色的性能：

1. 提高能量密度：碳纳米管能够构建更高效的电子传输网络，减少电池内阻，从而提升整体能量密度。单壁碳纳米管的长径比高，能够在极低添加量下形成三维导电网络，有效提升电池能量密度。

2. 增强安全性：在45°C高温多周循环下，添加单壁碳纳米管的软包电池内阻增长明显低于其他导电剂，表明电池着火风险更低。同时，单壁碳纳米管的化学性质稳定，缺陷少，进一步提升了电池的安全性能。

3. 延长循环寿命：碳纳米管具有良好的柔韧性，能够适应电池充放电过程中的体积变化，减少颗粒粉化，从而延长电池的循环寿命。其弹性模量和抗拉强度显著优于多壁碳纳米管，能够更好地维持电极结构的稳定性。

4. 改善快充性能：单壁碳纳米管的电流密度是铜等金属的1000倍以上，能够支持更高的充电速率。对于3C以上的电池，企业通常会选用单壁与多壁碳纳米管互配的方式，而4C电池还会额外添加2%到4%的单壁碳纳米管以提升快充性能。

目前，碳纳米管在固态电池领域的应用已取得重要进展。天奈科技、道氏技术等企业已实现规模化生产，其中天奈科技2023年碳纳米管导电浆料市场份额占比达46.7%，位居行业首位。这些企业的产品已供应给多家知名固态电池厂商，如清陶、卫蓝、太蓝等。

在电池厂商方面，宁德时代主攻硫化物路线，已进入20Ah样品试制阶段；华为也公布了最新的硫化物固态电池专利；太蓝新能源与长安汽车联合发布无隔膜固态电池技术。这些进展表明，固态电池产业化进程正在加速。

尽管碳纳米管在固态电池中的应用前景广阔，但仍面临一些挑战。目前最大的障碍是成本问题，单壁碳纳米管粉体价格高达1000-1500万元/吨。此外，单壁碳纳米管的规模化生产还存在以下难点：

• 产品性能难以精准调控
• 需要解决分散稳定性问题
• 制备效率和产率有待提高

然而，随着技术进步和规模效应的显现，这些问题有望得到解决。据预测，到2030年全球单壁碳纳米管导电剂浆料市场规模将达178亿元，未来6年年均复合增速达49.4%。随着“快充”、“硅基负极”、“大圆柱电池”等技术趋势的推动，以及单壁碳纳米管价格的逐步下降，其在固态电池领域的应用将更加广泛。

总体来看，碳纳米管凭借其独特性能，正在成为固态电池技术突破的关键材料。随着产业链的不断完善，碳纳米管有望推动固态电池从实验室走向大规模商业化应用，为新能源汽车行业和储能系统带来革命性的变化。