中國粉體網訊 隨著新能源產業的蓬勃發展，固態電池作為下一代電池技術的代表，因其更高的能量密度、更好的安全性和更長的循環壽命而備受關注。在固態電池的發展中，碳材料發揮著至關重要的作用，其應用領域廣泛且前景廣闊。
碳材料在固態電池中的應用
主流的碳材料有碳納米管、石墨烯、導電炭黑、多孔炭等，在固態電池中可用作電極材料和電解質添加劑等。
碳納米管
碳納米管具有良好的導電性、高比表面積和優異的機械性能，在固態電池中主要作為導電劑使用。它能夠在活性物質之間以及活性物質與集流體之間建立高效的導電網絡，降低電極的接觸電阻，加速電子的遷移速率，從而提高電池的充放電性能和倍率性能。特別是在硅基負極中，碳納米管導電漿料表現出色，其高機械強度可以提高硅基負極的穩定性，彌補硅基負極導電性差的缺點，同時還能有效緩解硅基負極在鋰離子脫嵌過程中的結構坍塌問題。
石墨烯憑借其獨特的二維結構和高電子遷移率、高理論比表面積等優異性能，在固態電池領域展現出多方面的重要作用。它可作為電極材料，提高電池能量密度與電極結構穩定性；也能充當導電添加劑，提升電池充放電性能并降低內阻；還可用于修飾固態電解質，提高離子電導率和抑制鋰枝晶生長；另外，作為隔膜材料能增強隔膜機械性能與離子選擇性。
多孔炭
多孔炭具有豐富的孔隙結構和高比表面積，在固態電池中可作為硅碳負極的碳骨架材料。其品質對于生產優質的硅碳負極至關重要，合適的多孔炭結構可以為硅提供緩沖空間，提高硅碳復合材料的穩定性和導電性，并且能夠根據不同的應用場景對其孔徑、孔容和孔隙率進行調控，以滿足電池性能的要求。
導電炭黑
導電炭黑是一種常用的導電劑，主要應用于電池的正極和部分負極。它具有優異的導電性能和高表面積，能夠在電極內部建立導電網絡，提高極片內部的電子傳輸能力，且豐富的孔隙有助于吸收電解液，構筑鋰離子遷移通道，從而提高電池的放電速率和循環穩定性。
固態電池用碳材料研究進展
貝特瑞
貝特瑞新材料集團股份有限公司一直致力于碳材料的研發與生產，在固態電池用碳材料領域，該公司開發出了高性能的硬碳負極材料。通過優化合成工藝和微觀結構調控，貝特瑞的硬碳負極材料不僅具有高比容量，還在循環穩定性方面表現出色，能夠滿足固態電池商業化應用對負極材料的嚴格要求。
在新型硅碳產品領域，開發出兼具高壓實、低膨脹特性的快充型新硅碳負極，并通過頭部3C電池廠商測試。在多個領域實現硅碳負極小批量應用，硅基負極產品于2024年成功導入國際頭部客戶供應鏈，在國內外“46”系列大圓柱項目中全面突破。
道氏技術
公司在固態電池領域布局良好，其碳納米管導電劑尤其是高性能單壁碳納米管（SWCNT）在固態電池中有較好應用場景。公司的單壁碳納米管粉體產品性能優異，在純度、比表面積、GD值等方面與進口單壁碳納米管性能相當，甚至在雜質金屬元素含量等指標上更優。采用自研分散劑的單壁碳納米管漿料，在粘度、固含量等指標上優于進口單壁碳納米管漿料。
道氏技術的碳納米管導電劑已向部分下游固態電池廠商小批量供貨，單壁碳納米管產品已送樣包括太藍、衛藍等在內的主流固態電池廠商，且已獲得某固態電池廠商訂單并小批量出貨。此外，公司碳納米管導電劑產品還供應給寧德時代用于固態電池。
天奈科技
作為國內碳納米管的龍頭企業，產品涵蓋碳納米管粉體、碳納米管導電漿料等。其碳納米管導電劑在固態電池中有廣泛應用，通過優化生產工藝，極大地提升了導電性能。其高導電性碳納米管導電漿料在市場中占有近47%的份額。產品已向包括清陶、衛藍在內的多家知名固態電池廠家供貨，市場反饋良好。隨著固態電池產業化加速，公司有望在這一波浪潮中實現快速增長。
黑貓炭黑
公司成功研發出新型碳納米管復合導電漿料，該漿料在固態電池電解質中的應用，有效提高了離子電導率和電池的倍率性能。黑貓炭黑通過自主研發的獨特制備技術，實現了碳納米管在漿料中的均勻分散，進一步提升了其在固態電池中的應用效果。此外，研發多年的超導電炭黑取得成果，產品已通過客戶驗廠并進入量產階段，可用于固態電池作為導電劑。
元力股份
元力股份在新能源碳材料開發工作進展順利，硬碳、多孔碳均已實現量產，并受到下游知名廠商青睞。在多孔碳技術方面量產能力全行業領先，其多孔碳聯合頭部客戶開發，已對接主流負極、電池客戶，綁定電池龍頭，累計出貨達百噸級。
龍星化工
龍星化工在固態電池材料方面有應用和布局。其炭黑產品可作為固態電池材料的中間體，公司是國內唯一一家掌握固態電池規模化量產高品質納米級炭黑提供中間體新材料技術的企業，在固態電池中添加納米級炭黑能夠提高電池的機械強度和穩定性，增加電解質的抗拉強度和韌性，進而提高固態電池的穩定性和循環壽命。
碳材料在固態電池應用中的挑戰
碳納米管的成本與規模化生產
雖然碳納米管在固態電池中的應用效果顯著，但目前其制備成本相對較高，且規模化生產過程中還存在一些技術難題，如產品的一致性和穩定性難以保證等。
單壁碳納米管管徑均一，比表面積大，在構建高效導電網絡、提高離子電導率方面效果顯著，尤其適用于追求極致性能的高端固態電池，但成本居高不下；多壁碳納米管則由多個同心碳管組成，機械強度高，在承受較大外力沖擊時，仍能保證電池內部結構完整，在對電池穩定性要求高的應用中表現出色。二者各有優劣，因此，需要進一步優化制備工藝，降低生產成本，提高生產效率和產品質量，以滿足固態電池產業化發展的需求。
石墨烯的產業化應用難題
單層石墨烯僅有一個原子層厚度，具備極高的電子遷移率，能大幅提升電極材料的導電性，在提高電池充放電倍率上優勢明顯；但它的制備難度大、成本高，大規模應用受限。多層石墨烯電子遷移率則稍遜一籌，不過機械性能更為出色，在增強電池結構穩定性方面發揮作用，且制備相對容易，成本較低，在一些對成本較為敏感的應用場景中更具優勢。就市場來看，目前制造出來的石墨烯產品大多不是完整的單層結構，而是復合后的多層結構，讓石墨烯的優勢大打折扣。
碳材料與固態電解質的兼容性
固態電池中，碳材料與固態電解質之間的兼容性對電池性能至關重要。不同類型的碳材料和固態電解質在物理和化學性質上存在差異，可能導致界面接觸不良、離子傳輸受阻等問題。因此，需要深入研究碳材料與固態電解質的相互作用機制，開發出具有良好兼容性的材料體系和界面修飾技術，以提高固態電池的整體性能。
結語
在固態電池的發展進程中，碳材料已占據不可替代的關鍵地位，它在電極材料、電解質添加劑等方面廣泛應用，顯著提升了固態電池的性能。眾多企業持續發力碳材料研發，不斷取得技術突破，推動固態電池技術邁向更高水平。未來，碳材料將為固態電池的大規模商業化應用奠定堅實基礎，進而推動新能源產業邁向更為輝煌的發展階段，助力全球能源結構的綠色轉型。
參考來源：
中國粉體網，東方財富網，雪球，各公司官網
程醒，李曈，司知蠢，等：能源存儲與轉化用微納超結構碳：現狀與建議
上海證券報：固態電池商業化進展虛實
（中國粉體網編輯整理/留白）
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