卡博特孔涛：导电剂发展趋势：客制化的复配浆料

导读

2022年7月12日-13日，第六届新型电池正/负极材料技术国际论坛The Sixth International Forum on Cathode & Anode Materials for Advanced Batteries（ABCA-6）在苏州顺利成功召开。本届研讨会由中国化学与物理电源行业协会、中国电子科技集团公司第十八研究所共同主办，中国科学院物理研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所作为特别支持单位，由先进电池材料/北京中联毅晖国际会展有限公司承办，本届会议并得到了中信金属、卡博特（Cabot）、赛默飞世尔（Thermo Fisher）、范群干燥、林德中国（Linde China）BYK、盛禧奥聚合物（Trinseo Polymers）、奥科希艾尔（OCSiAl ）、瑞固新能、山东精工、百利锂电、苏净集团等赞助单位的支持。本届会议邀请了来自国内外汽车产业、锂离子电池及相关两大大电池主材（正极、负极、导电剂、添加剂）、锂电池等配套相关设备、大专院校、科研院所等300多家单位，本届会议虽然遇到了苏州酷暑（40℃以上的罕见高温）、上海和无锡两地疫情，仍然有800位嘉宾出席了此次国际论坛。会议共安排了17场分会60多篇报告三个圆桌讨论会分别在第一天的主会场、第二天的三个分会场举行。

在2022ABCA-6，Session6“锂离子电池正负极功能添加剂的最新发展与应用专题”分论坛主题上，来自卡博特（中国）投资有限公司 应用开发研究员 孔涛先生做了“导电剂发展趋势：客制化的复配浆料”的主题演讲。

卡博特（中国）投资有限公司 应用开发研究员 孔涛先生

今天我汇报的内容有两方面，一方面是介绍卡博特公司，另一方面是介绍电池材料部门、导电剂以及我们近期所做的开发和研究。

卡博特是历史比较久的公司，今年刚好是140年，总部在美国波士顿，我们在全球20多个国家有35个制造基地，其中在中国现在有8家工厂，我们一些业务在全球来看都是名列前茅的。这一段时间在做新产品开发，核心关注两个方向，一个方向是能够跟客户做一些合作和沟通，从客户开发方向上出发，从客户新的需求方面制定我们的开发方向，从而满足行业对于下一代碳导电剂的要求。另一方面我们也非常关注可持续发展，这也是我们公司比较重要的目标。现在我们做新的产品开发或者项目开发，可持续发展的判定是非常重要的，如果判定不符合可持续发展要求，我们项目在内部是不能立项的。

下面我就介绍一下我们在锂电池行业的主要的导电剂方面的情况。我先介绍一下电池部门，后面会介绍一下LITX，ENERMAX产品。最后简单介绍一下碳导电剂在干法电极里面的初步研究。

这是卡博特电池材料业务全球布局，从我们的业务名称上也可以看出我们做的是电池材料，锂电池是我们的重点领域，锂电池里面导电炭黑，碳纳米管，除了导电剂，我们还有气相法氧化铝，可以用于高镍正极涂覆或者在比较特殊的隔膜材料里面做一些陶瓷涂敷。除了锂电，在铅酸锂电、氢燃料电池催化剂领域也有新的产品开发和应用。

我们的业务是在全球，为了更好的跟客户的合作和提供支持，我们同时在全球范围之内有研发中心和生产基地，研发中心现在有3个，中国有两个，分别是上海、珠海。另一个在美国总部，现在主要做一些前沿性的开发，例如固体电池、干法电极工艺、水性浆料等方面，后续研究有初步结果，我们再跟大家分享。今天我会简要介绍一下干法电极工艺方面的工作。

我们的生产基地在全球也是分布在不同地区，中国天津我们有两个工厂，在欧洲和美国都有，这样全球的布局能够更好的满足和支持客户全球化的发展。因为现在锂电客户都是在做全球布局，我们在全球研发中心，生产基地能够满足客户的需求。

另外再介绍一下天津的两个工厂，年初从报道里面了解到我们收购了一家炭黑工厂东海炭素工厂，另一家是我们原本天津的炭黑工厂，现在天津炭黑工厂可以提供导电炭黑，也跟一些客户达成了很好的合作，我们收购的东海炭素工厂在明年年底第一条产线改造完毕。天津原有工厂现有产能1.5-2万吨/年，东海炭素产能一条线是1.5万，一共有三条线，我们后续会根据市场需求不断地改造现有产线能够生产我们锂电行业使用的炭黑。

下面我就介绍一下导电剂方面的情况。导电剂是一个小材料，一个辅材，但是同时也有很大的作用。从导电剂来看，我们这边有三类材料，导电炭黑LITX系列，碳纳米管ENERMAX系列，碳纳米结构Carbon nanostructures系列，CNS构成的导电网络比普通的同细度的碳管更好一些。碳管发展趋势有三个方面：高导电性，高长径比，低成本，最终目的希望有更好的导电性。我们现有碳管有几个系列，1系列，3系列，5系列，6系列，6系列相对来说是做的比较细的了。

这里简单介绍一下6系列，我们对不同的碳管做了导电渗透曲线的对比，随着管径逐渐增大，在同样添加量条件下可以看到管径变细，导电性明显变好。我们对比了达到同样低的极片电阻条件下，不同的碳管添加量，6系是0.3%，如果到2和3系列用的量相对比较多一些，从这个上面来看，碳管更细一些导电率有明显的提高。下面我们也跟同管径竞品做了对比，确实我们的产品在一些应用里面比同管径的竞品表现性能有一些优势。

我们还做了炭黑和碳管复合浆料的工作。我们的题目是定制化混浆料的汇报，但是由于疫情原因，有些数据还没准备充分，下次会议的时候再跟大家分享更多的细节。这里我口头跟大家汇报一些工作，我们做了一些研究，也跟客户这边做了一些开发（定制化），我们做的碳管和炭黑复合浆料确实比传统的工艺可以提高效率，降低合浆的时间，根据不同的工艺用复合浆料，比起用粉体来看基本上是10%-20%合浆时间的节约，在导电性方面也有所提高。郑博士也提到分散对导电性的重要性，我们做了预分散以后确实导电性有所提高，从我们数据来看，比单用极片电阻能降低20-30%。

另外复合浆料给我们带来了灵活性，我们现在用的传统炭黑都是低比表高结构的炭黑，其实导电性更好的炭黑是高比表高结构的炭黑，为什么我们大部分都没有用高比表高结构呢？就是因为分散的问题，分散不了的话就体现不出它的性能。如果我们去做复合浆料会把炭黑和碳管复合分散在一起，这样就给我们带来更多的灵活性，不仅可以分散低比表的炭黑，也可以分散高比表的，这样对后期高性能电池开发有些帮助。

这是6系列跟同管径竞品做的对比，第一个是在常温下1C充放电循环，大概充放电800周的时候我们稍微高一点，第二个是高温45度的循环，我们在400周以后有明显的优势了。第三个是60度储存以后容量保持率和电压降。

下面我介绍一下干法电极，干法电极现在是一个比较大的趋势，可能很多国内客户也在做。我们美国的同事也在做一些工作，和美国一家电池公司在合作。为什么做干法电极呢？干法电极工艺可以降低成本，不用NMP，环保要求，另外可以做比较厚的电极，从而提高能量密度。

下面是不同的工艺，传统的我就不介绍了，大家都很了解。干法工艺这是美国某公司用的，跟我们做一些合作，他是用双螺杆把导电剂、粘结剂和活性材料捏合作出片层，再用热压形式压到集流体上面去，这个工艺比其传统来讲确实也存在很大的挑战性，比方说我们需要很高的活性材料含量要高于97%，导电性要求不能比传统的方法低，所以怎么提高它的导电性也是比较有挑战的。需要工艺助剂，从而保证在较低的粘结剂含量下有较高的电极强度，这几个方面都需要去优化和研究。

我们是刚刚开始，由于涉及到保密协议，我们没办法提到太多细节方面。我们在开发不同的碳材料，卡博特炭黑比表面积从几十能做到一千多，吸油值从几十到几百都可以做，所以什么样的碳材料适合干法工艺，我们也在初步的研究，也有一些初步结论，比如说适合美国这个工艺的。国内可能因为一些原因用的工艺都不一样，我们也希望跟国内的客户做一些深度的交流和合作，我们也可以定制化开发一些适合国内干法工艺的导电剂，包括炭黑和碳管。

简单介绍一下，这边我们用了几种不同的导电剂，可以看到A和B都在强度方面有所提高，在电阻率方面有所降低，炭黑可以使Binder粘结剂纤维化，从而提高电极的导电性和强度。我们干法电极也是刚刚开始这两页PPT希望能够起到抛砖引玉的作用，后期如果有同仁在做这方面的工作或者遇到导电性方面的问题，我们都可以交流，也可以定制化做一些开发研究工作。

总结一下，卡博特能做炭黑、碳纳米管，石墨烯和碳纳米结构全系列产品。我们在亚太、美国、欧洲都有工厂和研发中心来支持客户的国际化发展。可持续发展也是很重要的话题，尤其是下游汽车领域倒推传导到电池领域再到我们材料的领域都会讲可持续发展，我们也一直在做这方面的工作。ENERMAX6系列是一款性能上比较优越的碳纳米管。干法工艺我们也希望在国内做一些工作。

我汇报到此结束，谢谢。

中科院宁波材料所程亚军研究员（主持人）：感谢孔涛博士做的精彩报告，下面我们看看观众有没有什么问题。

提问：我想问一下，因为近期国内有些公司对导电炭黑做一些国产化工作，我不知道您怎么看待导电炭黑在生产过程当中有哪些比较难的工艺，现在国内还没有突破。

孔涛：我这边是做应用开发，可能和前端炭黑生产了解还不是特别透彻。我可以从经验方面谈一下，现在炭黑的生产已经很普通了，基本上很多公司都可以做，现在有挑战的地方是炭黑的稳定性，因为我在电池、涂料、粘结剂等做过，所以一个材料的稳定性确实是很重要的，如果不稳定的话，可能会给客户带来很大的影响。