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第六代碳纳米管技术获新突破 可高效率批量生产

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-11  浏览次数: 753
核心提示:经过近十年的推广,在锂电池行业中碳纳米管作为替代炭黑(或石墨类)的导电剂,其使用已经越来越普及。除了动力电池,在数码电池里
  经过近十年的推广,在锂电池行业中碳纳米管作为替代炭黑(或石墨类)的导电剂,其使用已经越来越普及。除了动力电池,在数码电池里碳纳米管导电剂也开始使用。碳纳米管导电剂的添加量比常规的炭黑导电剂大量减少,同时能使粘接剂的用量降低至原来的50%左右,对锂离子电池有综合的明显好处【电气开关】。

 

经高工产研锂电研究所(GGII)调研和预计,在未来五年,全球碳纳米管导电剂浆料需求量将保持40.8%的年复合增长速度,2023年需求量将达19.06万吨。

 

2014-2022年中国碳纳米管导电浆料市场规模分析及预测(万吨)

(数据来源:高工产研锂电研究所(GGII))

 

国内碳纳米管导电剂市场现如今已经在10亿元每年左右,随着动力电池产业的快速增长,预计到2022年将达到45亿元的国内市场。加上碳纳米管另外的电池应用市场,逐渐会成为百亿级的市场电气开关

 

2014-2022年中国碳纳米管导电浆料产值分析及预测(亿元)

(数据来源:高工产研锂电研究所(GGII))

 

受益于电池导电剂市场需求规模的持续增长,国内已有多家上市公司涉及碳纳米管导电剂业务,例如贝特瑞、德方纳米、道氏技术。还有多家相关公司在筹划IPO,例如中科三顺、镇江天奈等。以前做石墨烯的多家公司也悄然介入碳纳米管行业。碳纳米管导电剂的百亿级市场前景吸引了众多企业争相进入,希望能分一杯羹电气开关

 

目前做碳纳米管的公司技术水平和产品结构类似,大体呈现低水平重复建设,小、散、乱的局面。了解碳纳米管导电剂行情的老板,投入资金,买到技术和图纸,就又会形成一家技术水平和设备相似的公司。据笔者不完全统计,国内目前已有十多家从事碳纳米管粉体生产相关的国内企业。

目前世界范围内,生产碳纳米管的公司规模都不大,很少有碳纳米管粉体生产规模超过千吨级的,还谈不上靠生产规模和资本规模形成优势。对这样的精细新材料行业,最重要的是产品的性能指标和技术水平。谁能推出性能更好,成本又更低的产品,就可以占领市场。从技术进步中榨取利润,通过技术进步来提高性能和降低成本,击败缺乏研发和创新,只靠低价格竞争的对手,结束碳纳米管导电剂行业无序扩张的局面电气开关

 

中国国内来说,碳纳米管技术的开发大体经过以下几个阶段:

 

1、第一代碳纳米管生产技术,以能实现碳纳米管吨级生产为主要目标,对管径和导电性之类指标,没太大要求。生产的碳纳米管直径在10-30nm左右,通过移动床/流化床实现了大批量吨级生产。

 

2、第二代碳纳米管技术,通过对催化剂的调控,实现了10nm左右碳纳米管的生长,生产出来的碳纳米管是几百微米聚团结构,对更细管径和定向结构没什么追求。

 

3、第三代碳纳米管技术,通过层状无机载体的调控,实现了碳纳米管的定向结构生长,在实际批量放大的时候,碳纳米管的管径在7-11nm,比表面230-300m2/g。因为碳纳米管产物里含有硅元素,纯化比较麻烦,纯化到电池级成本高。

 

4、第四代碳纳米管技术,国内好几个公司正在逐步定型的技术,低密度易分散小管径碳纳米管,比表面在250-350 m2/g,堆密度0.01-0.02g/ml。因为碳纳米管产物密度比较低,所以用流化床生产很辛苦,因为单位体积的反应器生产能力和产物的密度成正比。过程的可控性有波动,批次差异明显,平均管径8.几nm的碳纳米管。做催化剂过程效率低,成本高,产生很多废水,环保压力大,碳纳米管生产成本高电气开关

 

5、第五代碳纳米管技术,赵社涛2018年开发了一种低密度薄壁陈列碳纳米管,是陈列式的碳纳米管,蓬松易分散。碳纳米管的层数在2-4层,是薄壁的碳纳米管,比表面450m2/g左右。碳纳米管的管径在3-8nm,是小管径的碳纳米管。但是也是密度低,大约0.01-0.02g/ml,生产效率比传统碳纳米管低很多。

 

6、第六代碳纳米管技术,兼容于传统流化床或移动床设备,可以高效、低成本生产高导电性碳纳米管,产物堆密度0.05-0.07g/ml,催化剂倍率9-40倍之间可以调节,平均管径6.0-7.5nm左右,可以形成多种规格。催化剂可以简易、高效率的大批量生产出来,工艺环保,解决了高质量碳纳米管大批量生产的瓶颈问题。

 

第六代碳纳米管,金属含量为钴,含量小于0.25%-1%wt。对比俄罗斯某公司单层碳纳米管,其金属含量为15%,而且是铁金属电气开关

一般来说,碳纳米管小管径薄壁的特性和催化剂的高收率互相矛盾,很难兼得,制造成本很高。但是赵社涛工艺的第六代小管径薄壁碳纳米管催化剂倍率高,制造成本和传统普通的多层碳纳米管相似,而且使用现有碳纳米管生产设备就可以生产。碳纳米管的管径越小,层数越薄,导电性就越好,在锂电池里的添加量就越少,在相同制造成本下,性价比就越高。

 

在碳纳米管大型化生产设备方面,经过10多年的工艺、催化剂、应用和下游市场不断实践,赵社涛创新设计了一种大型碳纳米管反应器,单个反应器有望达到每年1000吨以上的生产量。通过大型化的碳纳米管反应器,碳纳米管的生产流程才能逐渐接近工业生产的要求,大大降低碳纳米管的生产成本和销售价格,具有极强的竞争力。高工锂电研究所2017年报道过本人在碳纳米管反应器方面的进展电气开关

 

通过碳纳米管生产工艺的持续升级,推出更有竞争力,导电性更好的低成本、小管径、高收率碳纳米管品种,结合碳纳米管生产设备的大型化,有望改变目前碳纳米管产业无序低水平重复建设的局面。 采用赵社涛的第六代薄壁小管径碳纳米管技术,将有望具备碳纳米管行业最强的竞争力和盈利能力之一电气开关

 
 
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