「來源： ｜鋰電聯盟會長 ID：Recycle-Li-Battery」

1. 為什麼矽負極是趨勢？

1。1。 為什麼矽是能量密度的關鍵？

為了實現更高的續航里程，電動汽車的電池需要儲存足夠的能量，同時又不能增加過多的重量，不能佔用過多的空間，這就需要高能量密度。

負極從石墨體系到矽基負極將是未來的升級方向，產品升級促進價值量提升。

石墨材料的理論克容量為372mAh/g（每6個碳原子嵌入1個鋰離子，形成LiC6結構），目前高階產品已經達到360-365mAh/g，接近理論容量，石墨負極材料逐步達到上限。因此需要更高能量密度的新材料來應對需求。

其中，矽材料最能夠滿足人們更高能量密度的需求（形成Li22Si5，理論克容量為4200mAh/g）。未來隨著動力電池能量密度要求的提高，矽碳負極搭配高鎳三元材料的體系成為發展趨勢。

未來兩年，隨著高鎳三元材料NCM811、NCA及其他配套材料的技術逐漸成熟，矽碳負極的產業化即將到來。

1。2。 終端客戶逐步選擇矽負極方向

Tesla在2020年9月22日“電池日”明確計劃未來將採用矽負極，計劃採用冶金矽作為原料，透過離子導電高分子進行塗覆、以及特殊膠粘劑（Binder）混合的形式，改善矽負極的效能。

Tesla對矽原材料進行奈米化和對應的包覆方法來提升效能。對矽奈米材料進行包覆可以有效改善矽的碎裂和 SEI 膜失控生長問題。

蔚來在2021年1月9日NIO Day上釋出150kWh 固態電池，該技術採用原位固化工藝的固液電解質，確保電芯安全；使用無機預鋰化工藝的矽碳負極，配合奈米級包覆工藝的超高鎳正極，可實現 50%的能量密度提升，達到360Wh/kg。

上汽集團及浦東新區、阿里巴巴的“智己汽車”在2021年1月13日釋出93kWh和115 kWh兩款大電池組，均利用摻矽補鋰技術可實現20萬公里電池無衰減，單體能量密度達到300wh/kg。

各家電池廠及車廠在下一代電池設計中都已經在大規模使用矽，但矽存在一個尚未解決的根本問題。

2。 為什麼矽負極必須要配合碳奈米管使用？

2。1。 矽的根本問題是什麼？

在電池充放電過程中，矽的體積會大幅膨脹（高達300％以上），進而導致出現裂縫，從而發生矽負極顆粒化，矽負極材料顆粒之間連線斷裂，導致矽負極電池快速衰竭。這是阻礙矽在鋰電池中未能得到廣泛使用的核心原因。

2。2。 碳奈米管是矽負極廣泛應用的關鍵所在

單壁碳奈米管解決了矽負極在鋰電池應用的根本性問題。單壁碳奈米管由於管良好的導電性、高強度、高柔性、高長徑比，以及在加入低劑量的情況下即可在材料內部形成發達網路的能力，在引入矽負極後可覆蓋矽顆粒表面並在矽顆粒之間建立高度導電和持久的連線。

單壁碳奈米管使得矽顆粒之間的連線非常緊密、導電性好且牢固，即使發生矽負極顆粒體積膨脹並開始分裂，這些顆粒仍可透過單壁碳奈米管保持良好連線。

單壁碳奈米管同時顯著加長了矽負極的迴圈壽命。新增單壁碳奈米管，高矽含量的電池可滿足迴圈壽命的要求。

單壁碳奈米管可以製造出SiO含量為20％、600 mAh/g容量和1500迴圈的矽負極，基本足夠滿足高能量密度、高倍率效能、高性價比的新一代動力電池，能量密度可超過 300Wh/kg 和 800Wh/l。

3。 碳奈米管將受益電池“ 黑科技” 堆料

為了實現鋰電池導電劑主要在應用正極材料及負極材料中，尤其是LFP，NCM及矽碳負極一般都需要配合導電劑尤其是CNT 導電劑使用。CNT導電劑對鋰電池綜合性能明顯提升，同時 CNT 量產規模不斷擴大促進成本逐步下行，在鋰電池中的價效比逐步體現，未來其滲透率將逐步提升。

預計未來3年CNT導電劑在動力電池導電劑中的滲透率將超過65%，在3C消費電池中的滲透率將超過28%，整體市場空間將在現有基礎上增長3倍以上。

3。1。 碳奈米管在正極領域應用將持續提升

正極領域，一般LFP摻配比例為1。0-1。5 w。t%，NCM及LCO 為0。5-1。0 w。t%，隨著電池廠對導電劑要求的提高，CNT 滲透率提升。

碳奈米管導電漿料在動力鋰電池領域的不斷滲透，替代炭黑趨勢愈發明顯。預計2022 年CNT在動力電池導電劑中的滲透率將超過65%。

“無繩化”推動3C鋰電池導電效能要求的提升，CNT導電劑滲透率穩定增長。2018年碳奈米管導電漿料在數碼電池中滲透率達18。0%，預計到2022年CNT滲透率將超過 28%。

3。2。 碳奈米管在負極應用受益矽負極快速滲透

負極領域，CNT 導電劑更匹配矽基化趨勢，其摻配比例隨著矽比例的提升而提升，我們以1。5%作為保守測算比例。CNT 導電劑是矽基負極中匹配最好的導電劑：

1）優異的導電性彌補了矽原子帶來的不足。

2）矽碳負極需要解決熱膨脹問題才可使用，因此其束縛結構穩定性至關重要，而碳奈米管具有很好的化學穩定性。

3）極大的比表面積可以有效的緩解矽基負極在鋰離子脫嵌過程中矽材料結構的坍塌。

3。3。 碳奈米管空間巨大將受益電池“黑科技”堆料

CNT導電漿料市場未來三年將突破10萬噸，對應市場空間超過40億元隨著動力電池、3C電池、儲能電池的蓬勃發展，CNT導電劑滲透率的不斷提升，CNT從正極LFP，NCM到矽基負極體系的不斷滲透。

預計到2022 年，CNT導電漿料市場將突破10萬噸，對應市場空間超過40億元，將在 2019年約2。8萬噸的基礎上增長3倍。

根據市場空間測算關係：

市場空間=CNT 滲透率* 鋰電行業總量* 市佔率

未來鋰電行業總量將保持高速增長，對應的鋰電池正極LFP及NCM材料將伴隨行業的高速增長而增長，同時鋰電負極材料矽基化的產品升級也將呈現高增長。CNT是與鋰電行業大趨勢—正極高鎳化、負極矽系化—最為匹配的導電劑材料，CNT在導電劑中的滲透率將穩步提升。

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