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(报告出品方/作者:东方证券,卢日鑫、李梦强、林煜)
1、纤维状导电剂带来新一轮技术迭代,碳纳米管带来新优势
1.1导电剂是电池产业重要环节,纤维状导电剂优势明显
导电剂是电池产业链重要环节。在锂离子电池正常的充放电过程中,需要锂离子、电子的共同参与,这就要求锂离子电池的电极必须是离子和电子的混合导体,电极反应也只能够发生在电解液、导电剂、活性材料的接合处。而事实上,锂离子电池的正极、负极活性材料的导电性都不佳:正极活性材料多为过渡金属氧化物或过渡金属磷酸盐,它们多为半导体或绝缘体,导电性较差;负极石墨材料的导电性稍好,但在多次充放电后石墨材料会膨胀收缩,石墨烯颗粒的间隙增大,影响电极反应。
导电添加剂的作用就是在具体活性物质之间、活性物质与集流体之间收集微电流以减小电极的接触电阻,加速电子的移动速率。因此,在锂离子电池电极材料中加入导电剂能有效提高电子的迁移速率,从而提升电极的充放电速率并保证电池良好的充放电性能。
颗粒状导电剂和纤维状导电剂各有千秋。目前导电添加剂可以分为颗粒状和纤维状两种,传统的导电剂包括炭黑(KB)、乙炔黑(AB)、石墨(KS),高端导电剂则主要包括纳米碳纤维(VGCF)、碳纳米管(CNT)和碳纤维(GN)等。
导电炭黑导电性适中、纯度高、成本低、市场份额大;导电石墨片径大且厚,不易形成导电网络,通常与导电炭黑复合使用;在高端导电剂中,碳纳米管导电性普遍较普通炭黑好,用量低但价格较高,且分散困难。
与传统的导电剂相比,新型导电剂优势明显。首先,与颗粒状导电剂相比,纤维状导电剂有较大的长径比,能够提高活性材料之间及其与集电极之间的粘结牢固性,有利于形成导电网络;其次,炭黑、乙炔黑等传统导电剂与活性材料粒子点对点的接触方式会带来较大的热阻抗,从而带来一定的安全隐患;此外,导电添加剂本身并不能提供嵌脱锂容量,导致电池比能量与比功率的降低,以更低的添加量达到更优的性能将是导电剂的发展趋势,包括碳纳米管、石墨烯在内的各类新型导电剂恰恰能够满足这种需求。当然,考虑到工艺、成本、正极材料特性等多种因素,纤维状导电剂对传统导电剂也并非百分百的完全替代,以纤维状导电剂为主,在其中加入颗粒状导电剂,共同发挥两者优势,有望成为未来的发展方向。
各导电材料出货量逐年提升,碳纳米管渗透率稳定增长。受益下游动力市场快速增长,各导电材料出货量稳步增长,其中碳纳米管由于更优异的导电性能渗透率呈现稳定增长趋势,年碳纳米管导电剂渗透率达到21.2%。
从整体来看,炭黑主要为点状或片状,而碳纳米管为管状或链状,两者结合使用可以形成更为丰富的导电网络。我国在生产和使用新型导电剂方面处于领先地位。炭黑技术市场成熟,成本有优势,但我国在炭黑生产制备方面没有优势,基本通过进口来满足市场。碳纳米管、石墨烯是对传统炭黑的协同和补充,通过炭黑(点状/片状)和碳纳米管(管状/链状)相结合的方式可以形成更为丰富的导电网络。
1.2碳纳米管具有多重优势,替代品威胁较低
碳纳米管具有非常优异的力学、电学、热学等性能,被多个行业广泛
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