單壁碳納米管(SWCNT)正在加速進(jìn)入動(dòng)力電池領(lǐng)域,近日,日本瑞翁Zeon宣布將向臺(tái)灣SiAT投資2000萬(wàn)美元(約1.44億元人民幣),擴(kuò)大Siat的單壁碳納米管導(dǎo)電漿料產(chǎn)能,共同推進(jìn)單壁碳納米管導(dǎo)電漿料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。利用這筆資金,SiAT的目標(biāo)是到2030年將其導(dǎo)電漿料的年產(chǎn)能擴(kuò)大到25000噸。同時(shí),Zeon將履行其作為SiAT主要供應(yīng)商的作用。
全球?qū)︿囯x子電池的需求在消費(fèi)應(yīng)用(如電動(dòng)汽車(chē)、無(wú)人機(jī)和EVTOL飛機(jī))以及工業(yè)領(lǐng)域(包括AI服務(wù)器BBU、可再生能源ESS和自動(dòng)化機(jī)器人)中激增。作為下一代電池技術(shù)的核心納米材料,單壁碳納米管在提升能量密度(可達(dá)400-500 Wh/kg)和循環(huán)壽命(2000次)方面展現(xiàn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。相較于傳統(tǒng)炭黑(導(dǎo)電率10² S/cm)和多壁碳納米管(10³-10? S/cm),SWCNT具備更高的本征導(dǎo)電性(10?-10? S/cm)、優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度(彈性模量1TPa)和化學(xué)穩(wěn)定性,已成為高能量密度電池體系的關(guān)鍵材料。目前其應(yīng)用已覆蓋動(dòng)力電池(電動(dòng)汽車(chē)、eVTOL)、工業(yè)儲(chǔ)能(ESS、AI服務(wù)器BBU)及消費(fèi)電子三大領(lǐng)域。
單壁碳納米管可以顯著提高電池能量密度和循環(huán)壽命。與炭黑或多壁碳納米管漿料等傳統(tǒng)導(dǎo)電劑不同,單壁碳納米管導(dǎo)電漿料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性,使其在先進(jìn)的電池配方中越來(lái)越重要。
由于高溫化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝,單壁碳納米管粉末的大規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)了重大挑戰(zhàn),該工藝需要精確控制催化劑和反應(yīng)條件,以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和高純度。2015年,Zeon公司是全球首家實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管量產(chǎn)的公司。單壁碳納米管利用其專(zhuān)有的Super Growth技術(shù),生產(chǎn)出具有高縱橫比、高純度和大表面積的SWCNT產(chǎn)品ZEONANO。
應(yīng)用單壁碳納米管的另一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是分散性。單壁碳納米管在水性和非水性介質(zhì)中往往容易成束且分散性差,這使得它們?cè)陔姵刂圃爝^(guò)程中均勻地整合到電極漿料中變得復(fù)雜。SiAT團(tuán)隊(duì)在電池納米材料方面擁有20多年的專(zhuān)業(yè)知識(shí),為這種合作伙伴關(guān)系帶來(lái)了專(zhuān)有技術(shù),使單壁碳納米管能夠均勻分散,制備為電池電極量身定制的穩(wěn)定導(dǎo)電漿料產(chǎn)品。
自2024年以來(lái),Zeon和SiAT成功合作推出了分散良好的單壁碳納米管導(dǎo)電漿料——LSC2102(基于NMP)和LSC1101(水性)。這些產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了電池制造商的嚴(yán)格評(píng)估,表明在鋰電池正極及負(fù)極中加入極少量的SWCNT可以提高能量輸出和循環(huán)壽命,這對(duì)于硅負(fù)極和其他高容量、高倍率性能應(yīng)用尤為重要。
目前市場(chǎng)行情中,單壁碳納米管導(dǎo)電漿料成本已降至$150/kg(2015年$3000/kg),在高端電池中的添加成本占比降至0.5%~1%。隨著主流企業(yè)產(chǎn)能釋放,2025年全球單壁碳納米管漿料市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)突破50億元,年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)68%。在技術(shù)迭代與規(guī)模效應(yīng)雙重驅(qū)動(dòng)下,單壁碳納米管有望在2026年前實(shí)現(xiàn)全系動(dòng)力電池的導(dǎo)電劑替代。
在國(guó)內(nèi)市場(chǎng),天奈科技憑借53.2%的市占率穩(wěn)居導(dǎo)電漿料龍頭地位,其單壁碳納米管漿料產(chǎn)線(xiàn)將于2024年底投產(chǎn),規(guī)劃年產(chǎn)能2萬(wàn)噸。
天奈科技碳納米管導(dǎo)電漿料項(xiàng)目基礎(chǔ)施工已基本完成,預(yù)計(jì)年底可實(shí)現(xiàn)一期項(xiàng)目竣工投產(chǎn)。項(xiàng)目總投資15億元,建成后可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)2萬(wàn)噸單壁納米導(dǎo)電漿料及500噸單壁納米功能性材料。江蘇希誠(chéng)新材料科技有限公司在貴陽(yáng)息烽縣簽署了年產(chǎn)4700噸單壁、寡壁碳納米管項(xiàng)目的投資協(xié)議。寧波烯沃新材料科技有限公司宣布在單壁碳納米管領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破,成功實(shí)現(xiàn)單壁碳納米管的規(guī)模化量產(chǎn),并計(jì)劃于2025年內(nèi)釋放10噸產(chǎn)能。
廈門(mén)華碳科技有限公司已實(shí)現(xiàn)93%的單壁含量產(chǎn)品量產(chǎn),管徑控制在0.9至1.3納米之間。今年初,華碳科技完成超億元A輪融資,目前其單壁碳納米管一期項(xiàng)目正在建設(shè),建成后將年產(chǎn)20噸單壁碳納米管粉體,產(chǎn)值數(shù)億元。
除此之外,萊爾科技在2024年加快推進(jìn)四川基地碳納米管及導(dǎo)電漿料產(chǎn)業(yè)化建設(shè),已具備全流程研發(fā)和制備能力。
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