碳納米管產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用展望

什么是碳納米管？

碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料，是碳的同素異形體。又名巴基管，是由單層或多層石高度石墨化的碳原子繞中心按一定角度卷曲而成的一種無縫、中空管狀結(jié)構(gòu)，形象的說，碳納米管的中空結(jié)轉(zhuǎn)構(gòu)就像一個(gè)被挖空的足球一樣。 此外，碳納米管也可以看做是石墨烯片層卷曲而成。

碳納米管的特點(diǎn)有哪些？

碳納米管具有完美的一維管式結(jié)構(gòu)，碳原子以碳-碳共價(jià)鍵結(jié)合，形成自然界中最強(qiáng)的化學(xué)鍵之一，因此軸向具有很高的強(qiáng)度和韌性。此外六角平面蜂窩結(jié)構(gòu)圍成的管壁側(cè)面沒有懸掛鍵，所以碳納米管具有穩(wěn)定的化學(xué)特性。碳納米管在電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等方面，具有超越傳統(tǒng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性等等。此外，碳納米管還可以制成透明導(dǎo)電的薄膜，用作觸摸屏的替代材料。且原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳?xì)錃怏w，不受稀有礦產(chǎn)資源的限制。碳納米管觸摸屏具有柔性、抗干擾、防水、耐敲擊與刮擦等特性，可以做成曲面，已在可穿戴裝置、智能家具等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

碳納米管在鋰電池行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。

通過30年的深入研究，碳納米管的高電導(dǎo)率、小直徑與大長徑比，極適合構(gòu)筑輕質(zhì)、優(yōu)異的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，且不會(huì)阻礙離子傳輸。憑借這一優(yōu)異性能，碳納米管作為鋰離子電池材料的導(dǎo)電劑，在鋰離子電池誕生之初，就實(shí)現(xiàn)了填加應(yīng)用。并在近年來，隨著技術(shù)的日趨成熟，碳納米管已逐步取代導(dǎo)電碳黑以及納米碳纖維等傳統(tǒng)導(dǎo)電劑，被鋰離子電池企業(yè)廣泛使用。由于碳納米管長徑比巨大，可以在極小的填加量時(shí)，取得優(yōu)異性能，所以不但降低電池內(nèi)阻，改善了電池的循環(huán)壽命，而且可以填加更多的正極材料，間接提升了電池的能量密度。我國自2007年開始，將鋰離子電池作為新型電化學(xué)能源的代表，既可用于手機(jī)與電腦等移動(dòng)電子設(shè)備的電池，又用作純電動(dòng)汽車的主電源及混合動(dòng)力汽車的啟停電源。這些通訊與交通等重要而巨大的應(yīng)用領(lǐng)域，是國際及國內(nèi)新型電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的主要市場(chǎng)，并已上升為眾多國家的國家戰(zhàn)略。同時(shí)，許多國家陸續(xù)提出傳統(tǒng)燃油車的禁售時(shí)間表，也助推了碳納米管在動(dòng)力電池領(lǐng)域的應(yīng)用，占據(jù)了重要市場(chǎng)份額。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年三元?jiǎng)恿π弯囯x子電池2018年產(chǎn)量同比增長118%，達(dá)41.6GWh。而三元?jiǎng)恿π弯囯x子電池中，主要使用碳納米管導(dǎo)電漿料，使同年的碳納米管導(dǎo)電漿料的市場(chǎng)規(guī)模同比增長30.1%，從技術(shù)發(fā)展路線圖預(yù)測(cè)，動(dòng)力型鋰離子電池的市場(chǎng)規(guī)模，仍將在未來幾年保持高速增長的趨勢(shì)，因此預(yù)計(jì)到2023年，全球動(dòng)力型鋰離子電池用碳納米管導(dǎo)電漿料的市場(chǎng)產(chǎn)值將超過24億元，五年的復(fù)合年均增長率達(dá)40.3%。其增長主要來自中國市場(chǎng)，以及日韓企業(yè)加速對(duì)碳納米管導(dǎo)電漿料的導(dǎo)入。同時(shí)在高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、抗靜電屏蔽材料的應(yīng)用方面，碳納米管有可能刺激百萬噸級(jí)的產(chǎn)能及數(shù)千萬噸級(jí)的實(shí)際復(fù)合材料應(yīng)用市場(chǎng)，未來在超強(qiáng)材料、功能復(fù)合材料及芯片與光電子材料等領(lǐng)域，碳納米管對(duì)企業(yè)來說，都終將帶來豐厚的利潤空間。