碳纳米管“幕后龙头”广盛达：重视比表面积，加快应用步伐

电池是一个整体，往往牵一发而动全身。随着新能源整车对高能量密度、快充电池的需求增长，碳纳米管作为一种新型的导电剂，被用来拉升动力电池性能的三大关键指标，能量密度、倍率性能和循环寿命。

碳纳米管应用加速

导电剂，锂离子电池关键辅材之一，应用于正负极材料，核心指标导电性、添加量深系动力电池的能量密度和快充能力。传统导电剂包含炭黑、VGCF等；新型导电剂包含碳纳米管和石墨烯。

导电剂相当于一条条高速公路，让电子畅行在正负极与集流体间。高效的导电剂应该均匀地附着在正负极材料上，形成三维网络结构，保证电流的畅通。

炭黑、碳纳米管等传统、新型导电剂都是由碳原子组成，但组成方式不同，也就导致它们的形态有很大的差异，最终影响性能表现。

炭黑、石墨都是颗粒状导电剂，碳纳米管则是纤维状导电剂，石墨烯为片状导电剂。颗粒状导电剂有一定粘附性，但是没有方向性，难以形成连贯的导通通路。而纤维状导电剂，在长度和宽度上具有延展性，更容易构建成网络。

碳纳米管，是由单层或多层六元碳环无缝地卷成一个管子，具有管径小、长径比大、比表面积大的特点，相比颗粒状导电剂能够在低添加量下更好地形成三维网络结构，在活性材料间建立高度导电和持久的连接。相同的导电能力下，碳纳米管的添加量一般为正负极的0.5%-1%，而炭黑则需要2%-3%的添加量。更少的添加量可提升正负极活性物质含量，进而提升能量密度。

导电性、添加量之外，选择正极导电剂的因素还包含成本。传统炭黑导电剂用量大且性能一般，但成本低。碳纳米管性能优，用量更低，但价格贵。

因此，目前动力电池行业对导电剂的应用倾向于，磷酸铁锂和三元锂正极材料现多采用复合导电剂，提升能量密度；硅负极若要产业化，碳纳米管是最匹配的导电剂。

主流导电剂性能比较，图片来自网络

比亚迪刀片电池、特斯拉4680等磷酸铁锂和三元锂电池等均在正极材料中采用了碳纳米管导电剂。产业链现多采用新型传统复合导电浆料如炭黑+碳纳米管、碳纳米管+石墨烯、炭黑+碳纳米管+石墨烯等。

负极材料对碳纳米管来说将是一个潜力巨大的市场。当动力电池产品体系沿着高比能电池路线发展时，硅负极材料作为下一代负极材料引起广泛的关注。硅负极的优势是能量密度高，劣势是成本高+易膨胀。在电池充放电过程中，硅的体积膨胀幅度高达300%，从而出现裂缝，发生硅负极颗粒化，且颗粒之间连接断裂，最终导致硅负极电池的快速衰竭。

图片来自网络

碳纳米管被视为最匹配硅负极的导电剂。与炭黑等传统导电剂相比，碳纳米管凭借高强度的三维导电网络，对于易粉化、易脱落的硅基负极而言可提升连接强度，因此替代炭黑的趋势愈发明显。目前碳纳米管已在硅负极材料中迎来应用突破。

控制比表面积，改善使用效果

碳纳米管自带高导电性光环，但有着分散性差的缺陷，可能导致实际导电性能低于理论性能，因而也在一定程度上阻碍了商业化应用。

根据管径的不同，碳纳米管分为细管和粗管。管径越细，长径比越高，导电性越优异。细管导电性好，相同使用量性价比高，但不易分散。而粗管好分散，但导电性稍差。目前不少碳纳米管企业为了追求高导电性，而不断缩小管径。

碳纳米管的比表面积与分散性存在强相关。管径越小，比表面积越大，碳纳米管的结构越不稳定，越容易团聚，难以形成导电网络。因此在追求管径的过程中，也要考虑比表面积的控制及对使用效果的影响。

汽车行业已出现碳纳米管导电浆料被退回的事例，原因之一就在于浆料公司提供的碳纳米管使用效果差。

出于应用效果的考虑，广盛达科技提出，就镍系粗碳纳米管在导电浆料里的应用，除了电阻率，比表面积指标在生产浆料时的重要性显得尤其明显：比表面积60-80 m²/g效果比较好，80 m²/g以上会导致浆料粘度大，不容易被分散，且碳纳米管在添加过程中易碎最终导致浆料效果很差甚至无法使用。

图：GSD98规格书，由广盛达提供

这一经过规模生产验证的指标，可以帮助企业更加高效地生产碳纳米管，降低产业化过程中的试错成本，加快应用的步伐。好比蹒跚学步的孩子终于摸准窍门，能够熟练调度各部位的肌肉，快步行走。

碳纳米管的“幕后龙头”

广盛达科技，碳纳米管的“幕后龙头”，同时具备制备和提纯两大能力。自2014年展开提纯工序，后再度延伸到上游制备工序，批量生产的碳纳米管粉体已实现大规模应用。

碳纳米管生产流程分为制备、提纯、分散三段，技术壁垒主要体现为催化剂配方、生产设备、工艺技术、纯化等方面。

目前，碳纳米管粉体的主流制备方法是化学气相沉积法，催化剂必不可少。用于碳纳米管制备的金属催化剂有镍、铁、钴等，因此按照催化剂的不同，碳纳米管可细分为镍系、铁系、钴系等。广盛达目前主要生产的是镍系碳纳米管。制备后得到的为碳纳米管粗品，经过强酸洗涤等纯化工艺，才能得到碳纳米管纯品。纯化后的碳纳米管性能如何，主要取决于工艺能力。

就国内镍系碳纳米粗管的纯化成效来看，广盛达的提纯工艺能保证灰分在1.5%以内。而部分企业或因生长原因，不太容易提纯，或者无法将灰分做到1.5%以内。灰分一般是一些残余的催化剂载体、金属氧化物等，在碳纳米管成品中相当于杂质。灰分越低，碳含量纯度更高，碳纳米管的性能发挥得越充分。

图：广盛达提纯设备

不少碳纳米管浆料生产企业纯化多采用委外加工，但随着碳纳米管由多壁向单壁发展，应用向高镍三元和硅负极渗透，新一代碳纳米管对产品纯化要求提高，不少企业开始投建上游工序产能，以提高产品质量等。

同时新材料的商业化渗透，一方面要面对低成本传统材料的性价比竞争，另一方面要生产足够的规模才能具备成本优势。

广盛达在多年经营之下，已建立碳纳米管在提纯和制备方面的工艺优势和规模优势。