中國粉體網(wǎng)訊 隨著新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，固態(tài)電池作為下一代電池技術(shù)的代表，因其更高的能量密度、更好的安全性和更長的循環(huán)壽命而備受關(guān)注。在固態(tài)電池的發(fā)展中，碳材料發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其應用領(lǐng)域廣泛且前景廣闊。
碳材料在固態(tài)電池中的應用
主流的碳材料有碳納米管、石墨烯、導電炭黑、多孔炭等，在固態(tài)電池中可用作電極材料和電解質(zhì)添加劑等。
碳納米管
碳納米管具有良好的導電性、高比表面積和優(yōu)異的機械性能，在固態(tài)電池中主要作為導電劑使用。它能夠在活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與集流體之間建立高效的導電網(wǎng)絡(luò)，降低電極的接觸電阻，加速電子的遷移速率，從而提高電池的充放電性能和倍率性能。特別是在硅基負極中，碳納米管導電漿料表現(xiàn)出色，其高機械強度可以提高硅基負極的穩(wěn)定性，彌補硅基負極導電性差的缺點，同時還能有效緩解硅基負極在鋰離子脫嵌過程中的結(jié)構(gòu)坍塌問題。
石墨烯憑借其獨特的二維結(jié)構(gòu)和高電子遷移率、高理論比表面積等優(yōu)異性能，在固態(tài)電池領(lǐng)域展現(xiàn)出多方面的重要作用。它可作為電極材料，提高電池能量密度與電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；也能充當導電添加劑，提升電池充放電性能并降低內(nèi)阻；還可用于修飾固態(tài)電解質(zhì)，提高離子電導率和抑制鋰枝晶生長；另外，作為隔膜材料能增強隔膜機械性能與離子選擇性。
多孔炭
多孔炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面積，在固態(tài)電池中可作為硅碳負極的碳骨架材料。其品質(zhì)對于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的硅碳負極至關(guān)重要，合適的多孔炭結(jié)構(gòu)可以為硅提供緩沖空間，提高硅碳復合材料的穩(wěn)定性和導電性，并且能夠根據(jù)不同的應用場景對其孔徑、孔容和孔隙率進行調(diào)控，以滿足電池性能的要求。
導電炭黑
導電炭黑是一種常用的導電劑，主要應用于電池的正極和部分負極。它具有優(yōu)異的導電性能和高表面積，能夠在電極內(nèi)部建立導電網(wǎng)絡(luò)，提高極片內(nèi)部的電子傳輸能力，且豐富的孔隙有助于吸收電解液，構(gòu)筑鋰離子遷移通道，從而提高電池的放電速率和循環(huán)穩(wěn)定性。
固態(tài)電池用碳材料研究進展
貝特瑞
貝特瑞新材料集團股份有限公司一直致力于碳材料的研發(fā)與生產(chǎn)，在固態(tài)電池用碳材料領(lǐng)域，該公司開發(fā)出了高性能的硬碳負極材料。通過優(yōu)化合成工藝和微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，貝特瑞的硬碳負極材料不僅具有高比容量，還在循環(huán)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，能夠滿足固態(tài)電池商業(yè)化應用對負極材料的嚴格要求。
在新型硅碳產(chǎn)品領(lǐng)域，開發(fā)出兼具高壓實、低膨脹特性的快充型新硅碳負極，并通過頭部3C電池廠商測試。在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)硅碳負極小批量應用，硅基負極產(chǎn)品于2024年成功導入國際頭部客戶供應鏈，在國內(nèi)外“46”系列大圓柱項目中全面突破。
道氏技術(shù)
公司在固態(tài)電池領(lǐng)域布局良好，其碳納米管導電劑尤其是高性能單壁碳納米管（SWCNT）在固態(tài)電池中有較好應用場景。公司的單壁碳納米管粉體產(chǎn)品性能優(yōu)異，在純度、比表面積、GD值等方面與進口單壁碳納米管性能相當，甚至在雜質(zhì)金屬元素含量等指標上更優(yōu)。采用自研分散劑的單壁碳納米管漿料，在粘度、固含量等指標上優(yōu)于進口單壁碳納米管漿料。
道氏技術(shù)的碳納米管導電劑已向部分下游固態(tài)電池廠商小批量供貨，單壁碳納米管產(chǎn)品已送樣包括太藍、衛(wèi)藍等在內(nèi)的主流固態(tài)電池廠商，且已獲得某固態(tài)電池廠商訂單并小批量出貨。此外，公司碳納米管導電劑產(chǎn)品還供應給寧德時代用于固態(tài)電池。
天奈科技
作為國內(nèi)碳納米管的龍頭企業(yè)，產(chǎn)品涵蓋碳納米管粉體、碳納米管導電漿料等。其碳納米管導電劑在固態(tài)電池中有廣泛應用，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，極大地提升了導電性能。其高導電性碳納米管導電漿料在市場中占有近47%的份額。產(chǎn)品已向包括清陶、衛(wèi)藍在內(nèi)的多家知名固態(tài)電池廠家供貨，市場反饋良好。隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速，公司有望在這一波浪潮中實現(xiàn)快速增長。
黑貓?zhí)亢?/span>
公司成功研發(fā)出新型碳納米管復合導電漿料，該漿料在固態(tài)電池電解質(zhì)中的應用，有效提高了離子電導率和電池的倍率性能。黑貓?zhí)亢谕ㄟ^自主研發(fā)的獨特制備技術(shù)，實現(xiàn)了碳納米管在漿料中的均勻分散，進一步提升了其在固態(tài)電池中的應用效果。此外，研發(fā)多年的超導電炭黑取得成果，產(chǎn)品已通過客戶驗廠并進入量產(chǎn)階段，可用于固態(tài)電池作為導電劑。
元力股份
元力股份在新能源碳材料開發(fā)工作進展順利，硬碳、多孔碳均已實現(xiàn)量產(chǎn)，并受到下游知名廠商青睞。在多孔碳技術(shù)方面量產(chǎn)能力全行業(yè)領(lǐng)先，其多孔碳聯(lián)合頭部客戶開發(fā)，已對接主流負極、電池客戶，綁定電池龍頭，累計出貨達百噸級。
龍星化工
龍星化工在固態(tài)電池材料方面有應用和布局。其炭黑產(chǎn)品可作為固態(tài)電池材料的中間體，公司是國內(nèi)唯一一家掌握固態(tài)電池規(guī)模化量產(chǎn)高品質(zhì)納米級炭黑提供中間體新材料技術(shù)的企業(yè)，在固態(tài)電池中添加納米級炭黑能夠提高電池的機械強度和穩(wěn)定性，增加電解質(zhì)的抗拉強度和韌性，進而提高固態(tài)電池的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。
碳材料在固態(tài)電池應用中的挑戰(zhàn)
碳納米管的成本與規(guī)�；a(chǎn)
雖然碳納米管在固態(tài)電池中的應用效果顯著，但目前其制備成本相對較高，且規(guī)�；a(chǎn)過程中還存在一些技術(shù)難題，如產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性難以保證等。
單壁碳納米管管徑均一，比表面積大，在構(gòu)建高效導電網(wǎng)絡(luò)、提高離子電導率方面效果顯著，尤其適用于追求極致性能的高端固態(tài)電池，但成本居高不下；多壁碳納米管則由多個同心碳管組成，機械強度高，在承受較大外力沖擊時，仍能保證電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整，在對電池穩(wěn)定性要求高的應用中表現(xiàn)出色。二者各有優(yōu)劣，因此，需要進一步優(yōu)化制備工藝，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需求。
石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用難題
單層石墨烯僅有一個原子層厚度，具備極高的電子遷移率，能大幅提升電極材料的導電性，在提高電池充放電倍率上優(yōu)勢明顯；但它的制備難度大、成本高，大規(guī)模應用受限。多層石墨烯電子遷移率則稍遜一籌，不過機械性能更為出色，在增強電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面發(fā)揮作用，且制備相對容易，成本較低，在一些對成本較為敏感的應用場景中更具優(yōu)勢。就市場來看，目前制造出來的石墨烯產(chǎn)品大多不是完整的單層結(jié)構(gòu)，而是復合后的多層結(jié)構(gòu)，讓石墨烯的優(yōu)勢大打折扣。
碳材料與固態(tài)電解質(zhì)的兼容性
固態(tài)電池中，碳材料與固態(tài)電解質(zhì)之間的兼容性對電池性能至關(guān)重要。不同類型的碳材料和固態(tài)電解質(zhì)在物理和化學性質(zhì)上存在差異，可能導致界面接觸不良、離子傳輸受阻等問題。因此，需要深入研究碳材料與固態(tài)電解質(zhì)的相互作用機制，開發(fā)出具有良好兼容性的材料體系和界面修飾技術(shù)，以提高固態(tài)電池的整體性能。
結(jié)語
在固態(tài)電池的發(fā)展進程中，碳材料已占據(jù)不可替代的關(guān)鍵地位，它在電極材料、電解質(zhì)添加劑等方面廣泛應用，顯著提升了固態(tài)電池的性能。眾多企業(yè)持續(xù)發(fā)力碳材料研發(fā)，不斷取得技術(shù)突破，推動固態(tài)電池技術(shù)邁向更高水平。未來，碳材料將為固態(tài)電池的大規(guī)模商業(yè)化應用奠定堅實基礎(chǔ)，進而推動新能源產(chǎn)業(yè)邁向更為輝煌的發(fā)展階段，助力全球能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型。
參考來源：
中國粉體網(wǎng)，東方財富網(wǎng)，雪球，各公司官網(wǎng)
程醒，李曈，司知蠢，等：能源存儲與轉(zhuǎn)化用微納超結(jié)構(gòu)碳：現(xiàn)狀與建議
上海證券報：固態(tài)電池商業(yè)化進展虛實
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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