石墨烯自問世以來盡管引發(fā)無數(shù)熱議但仍然是諸多領(lǐng)域研發(fā)者的重點關(guān)注對象其中包括鋰電行業(yè)目前石墨烯在鋰電池中主要被用作導(dǎo)電劑

在鋰電池的制作細(xì)分工藝上導(dǎo)電劑的加入通常首先考慮的是電池材料活性物質(zhì)本身的特性直接作用是增加導(dǎo)電性能值得注意的是導(dǎo)電性能會直接影響電池的放電平臺容量發(fā)揮循環(huán)穩(wěn)定內(nèi)阻高倍率性能等

當(dāng)前鋰電池使用較廣泛的導(dǎo)電劑可分為導(dǎo)電炭黑導(dǎo)電石墨和新型導(dǎo)電劑等三大類其中新型導(dǎo)電劑包括碳納米管石墨烯等

一位業(yè)內(nèi)人士表示從鋰電池導(dǎo)電劑的研究發(fā)展歷程來看正在經(jīng)歷石墨碳納米管石墨烯三個過程這表明導(dǎo)電劑的顆粒粒子越來越小這源于鋰電池對容量循環(huán)性能要求越來越高材料的導(dǎo)電性極大影響著這些因素加入顆粒粒子越小的導(dǎo)電劑是解決這一難題的最直接方法

那么碳納米管和石墨烯這兩類新型導(dǎo)電劑誰更具優(yōu)勢?將從性能發(fā)展瓶頸價格成本等多角度來綜合比較分析

到底誰會更勝一籌?

首先來了解什么是碳納米管和石墨烯

碳納米管是由一層石墨層卷起來的直徑只有幾納米的微管也可由不同直徑的微管同軸地套構(gòu)在一起形成管束按照層數(shù)來分類可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管;石墨烯是從石墨材料中剝離出來由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體也分為單層石墨烯和石墨烯微片多層結(jié)構(gòu).

從本質(zhì)上看碳納米管和石墨烯都屬于石墨類材料只不過碳原子的排列組合不同形成螺旋狀的碳納米管和片狀的石墨烯所以它們都具備石墨的一些相同特性比如導(dǎo)電性

具體而言碳納米管由于尺寸小比表面積大表面的鍵態(tài)和顆粒內(nèi)部不同表面原子配位不全等導(dǎo)致活性位置增加成為理想的材料添加劑但石墨烯電極擁有更小的極片電阻可以做到更大的壓實密度

導(dǎo)電劑通常要在最少量添加的情況下實現(xiàn)最優(yōu)的導(dǎo)電性能目前市場化應(yīng)用的碳納米管和石墨烯都是以預(yù)分散導(dǎo)電漿料的方式提供從導(dǎo)電性能上看有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為作為第三代導(dǎo)電劑石墨烯的導(dǎo)電性無疑會高于其他產(chǎn)品

青島昊鑫新能源科技公司下稱昊鑫能源沈杰博士表示石墨烯的導(dǎo)電性好碳納米管的優(yōu)點是它在電解液中的吸液能力更強

而另一位業(yè)內(nèi)人士表示更看好碳納米管導(dǎo)電劑在鋰電池中的應(yīng)用因為純石墨烯的離子導(dǎo)電性沒有碳納米管好加入純石墨烯導(dǎo)電劑的電子會在循環(huán)幾十周后跳出來這一點會影響電池的循環(huán)穩(wěn)定

對此深圳市比克動力電池有限公司下稱比克電池基礎(chǔ)研發(fā)部柳青博士表示認(rèn)同碳納米管的電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性都比較好這更有利于提升電池的循環(huán)性

從導(dǎo)電機理分析石墨烯通過點面接觸來導(dǎo)電碳納米管則經(jīng)由點線接觸傳輸一般而言接觸的面積越大導(dǎo)電性能就會越好有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為片層較厚的石墨烯會阻礙鋰離子的擴散而降低極片的離子電導(dǎo)率6-9層最為適宜

其實都存在發(fā)展瓶頸

事實上盡管各有優(yōu)勢碳納米管和石墨烯這兩款導(dǎo)電劑都存在發(fā)展瓶頸

目前業(yè)界對石墨烯的一點共識就是真正意義上的石墨烯制作成本高難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化而對碳納米管來說最大的難題則是分散相較之下碳納米管的分散難關(guān)比石墨烯的難產(chǎn)更容易攻克碳納米管在導(dǎo)電劑上的應(yīng)用也更為成熟

據(jù)了解OCSiAl目前已實現(xiàn)單壁碳納米管的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用這是一家專業(yè)從事單壁碳納米管研發(fā)生產(chǎn)的跨國公司

該公司中國香港總裁Grigory Gurevich 自豪地表示OCSiAl是國際性的大公司在全球擁有很多的資源包括幾百甚至上千的合作伙伴這些合作伙伴都有世界知名的實驗室大學(xué)及科研院所共同研發(fā)添加劑的分散和應(yīng)用OCSiAl的產(chǎn)品分散好,很容易添加到材料上,客戶不需要重新分散也無需改變原工藝流程

值得注意的是盡管業(yè)界一直對石墨烯產(chǎn)業(yè)化感到渺茫但近日經(jīng)多方調(diào)查了解確認(rèn)昊鑫能源已經(jīng)實現(xiàn)類石墨烯的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與市場上幾十甚至上百層的石墨微片相比昊鑫能源批量生產(chǎn)的石墨烯導(dǎo)電劑產(chǎn)品能夠做到2-10層

兩者價格下降空間都很大

正所謂不管是黑貓還是白貓只要抓到老鼠就是好貓從企業(yè)盈利的角度來說碳納米管和石墨烯的購買成本是其考慮衡量的一個重要因素這兩款產(chǎn)品誰能夠做到成本更低無疑會增添競爭優(yōu)勢

目前市場上碳納米管和石墨烯兩款產(chǎn)品售價相差不大但不同型號的導(dǎo)電劑價格會有很大差異據(jù)了解常規(guī)的碳納米管導(dǎo)電劑的價格是700-800元/kg

Grigory Gurevich表示作為產(chǎn)品推廣第一點就是價格要有吸引力以往的添加劑在價格上甚至超過了基質(zhì)本身與其他公司相比OCSiAl的產(chǎn)品不僅價格低而且更加有效率和吸引力因為其添加量與其他添加劑相比要低得多從0.001%到0.1%

據(jù)昊鑫新能源相關(guān)負(fù)責(zé)人透露公司生產(chǎn)的類石墨烯產(chǎn)品產(chǎn)能已經(jīng)接近200噸比亞迪（002594）和國軒高科（002074）都已成為這款產(chǎn)品的使用客戶而且公司計劃明年將把產(chǎn)能擴大至1000噸

從比亞迪處了解到昊鑫能源的這款導(dǎo)電劑比市面上同類產(chǎn)品導(dǎo)電性能要好價格上也比較有優(yōu)勢

上述昊鑫新能源負(fù)責(zé)人介紹與市面上的導(dǎo)電劑相比公司的產(chǎn)品價格與其差不多但導(dǎo)電性能好很多即使在減少添加量的情況下也能達(dá)到導(dǎo)電效果例如在添加量為碳納米管25%的條件下就能實現(xiàn)相同導(dǎo)電性能

高工產(chǎn)研鋰電研究所GGII認(rèn)為目前碳納米管和石墨烯均做成導(dǎo)電漿料價格比普通炭黑SP貴很多炭黑是非常成熟的導(dǎo)電劑價格比較穩(wěn)定但碳納米管和石墨烯價格下降空間較大石墨烯價格下降速度更快應(yīng)用前景很大至于在鋰電池的應(yīng)用上兩款導(dǎo)電劑不同的用法會產(chǎn)生各異的效果孰優(yōu)孰劣很難判定