第六代碳纳米管技术获新突破 可高效率批量生产

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。

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。

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。

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。

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250-350m2/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。

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。

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。

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。