經(jīng)過(guò)近十年的推廣，在鋰電池行業(yè)中碳納米管作為替代炭黑（或石墨類）的導(dǎo)電劑，其使用已經(jīng)越來(lái)越普及。除了動(dòng)力電池，在數(shù)碼電池里碳納米管導(dǎo)電劑也開(kāi)始使用。碳納米管導(dǎo)電劑的添加量比常規(guī)的炭黑導(dǎo)電劑大量減少，同時(shí)能使粘接劑的用量降低至原來(lái)的50%左右，對(duì)鋰離子電池有綜合的明顯好處。
經(jīng)高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)調(diào)研和預(yù)計(jì)，在未來(lái)五年，全球碳納米管導(dǎo)電劑漿料需求量將保持40.8%的年復(fù)合增長(zhǎng)速度，2023年需求量將達(dá)19.06萬(wàn)噸。
2014-2022年中國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料市場(chǎng)規(guī)模分析及預(yù)測(cè)（萬(wàn)噸）
（數(shù)據(jù)來(lái)源：高工產(chǎn)研鋰電研究所（GGII））
國(guó)內(nèi)碳納米管導(dǎo)電劑市場(chǎng)現(xiàn)如今已經(jīng)在10億元每年左右，隨著動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到45億元的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。加上碳納米管另外的電池應(yīng)用市場(chǎng)，逐漸會(huì)成為百億級(jí)的市場(chǎng)。
2014-2022年中國(guó)碳納米管導(dǎo)電漿料產(chǎn)值分析及預(yù)測(cè)（億元）
（數(shù)據(jù)來(lái)源：高工產(chǎn)研鋰電研究所（GGII））
受益于電池導(dǎo)電劑市場(chǎng)需求規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)已有多家上市公司涉及碳納米管導(dǎo)電劑業(yè)務(wù)，例如貝特瑞、德方納米、道氏技術(shù)。還有多家相關(guān)公司在籌劃IPO，例如中科三順、鎮(zhèn)江天奈等。以前做石墨烯的多家公司也悄然介入碳納米管行業(yè)。碳納米管導(dǎo)電劑的百億級(jí)市場(chǎng)前景吸引了眾多企業(yè)爭(zhēng)相進(jìn)入，希望能分一杯羹。
目前做碳納米管的公司技術(shù)水平和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類似，大體呈現(xiàn)低水平重復(fù)建設(shè)，小、散、亂的局面。了解碳納米管導(dǎo)電劑行情的老板，投入資金，買到技術(shù)和圖紙，就又會(huì)形成一家技術(shù)水平和設(shè)備相似的公司。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)目前已有十多家從事碳納米管粉體生產(chǎn)相關(guān)的國(guó)內(nèi)企業(yè)。
目前世界范圍內(nèi)，生產(chǎn)碳納米管的公司規(guī)模都不大，很少有碳納米管粉體生產(chǎn)規(guī)模超過(guò)千噸級(jí)的，還談不上靠生產(chǎn)規(guī)模和資本規(guī)模形成優(yōu)勢(shì)。對(duì)這樣的精細(xì)新材料行業(yè)，最重要的是產(chǎn)品的性能指標(biāo)和技術(shù)水平。誰(shuí)能推出性能更好，成本又更低的產(chǎn)品，就可以占領(lǐng)市場(chǎng)。從技術(shù)進(jìn)步中榨取利潤(rùn)，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步來(lái)提高性能和降低成本，擊敗缺乏研發(fā)和創(chuàng)新，只靠低價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)手，結(jié)束碳納米管導(dǎo)電劑行業(yè)無(wú)序擴(kuò)張的局面。
中國(guó)國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，碳納米管技術(shù)的開(kāi)發(fā)大體經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)階段：
1、第一代碳納米管生產(chǎn)技術(shù)，以能實(shí)現(xiàn)碳納米管噸級(jí)生產(chǎn)為主要目標(biāo)，對(duì)管徑和導(dǎo)電性之類指標(biāo)，沒(méi)太大要求。生產(chǎn)的碳納米管直徑在10-30nm左右，通過(guò)移動(dòng)床/流化床實(shí)現(xiàn)了大批量噸級(jí)生產(chǎn)。
2、第二代碳納米管技術(shù)，通過(guò)對(duì)催化劑的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了10nm左右碳納米管的生長(zhǎng)，生產(chǎn)出來(lái)的碳納米管是幾百微米聚團(tuán)結(jié)構(gòu)，對(duì)更細(xì)管徑和定向結(jié)構(gòu)沒(méi)什么追求。
3、第三代碳納米管技術(shù)，通過(guò)層狀無(wú)機(jī)載體的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了碳納米管的定向結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，在實(shí)際批量放大的時(shí)候，碳納米管的管徑在7-11nm，比表面230-300m2/g。因?yàn)樘技{米管產(chǎn)物里含有硅元素，純化比較麻煩，純化到電池級(jí)成本高。
4、第四代碳納米管技術(shù)，國(guó)內(nèi)好幾個(gè)公司正在逐步定型的技術(shù)，低密度易分散小管徑碳納米管，比表面在250-350 m2/g，堆密度0.01-0.02g/ml。因?yàn)樘技{米管產(chǎn)物密度比較低，所以用流化床生產(chǎn)很辛苦，因?yàn)閱挝惑w積的反應(yīng)器生產(chǎn)能力和產(chǎn)物的密度成正比。過(guò)程的可控性有波動(dòng)，批次差異明顯，平均管徑8.幾nm的碳納米管。做催化劑過(guò)程效率低，成本高，產(chǎn)生很多廢水，環(huán)保壓力大，碳納米管生產(chǎn)成本高。
5、第五代碳納米管技術(shù)，趙社濤2018年開(kāi)發(fā)了一種低密度薄壁陳列碳納米管，是陳列式的碳納米管，蓬松易分散。碳納米管的層數(shù)在2-4層，是薄壁的碳納米管，比表面450m2/g左右。碳納米管的管徑在3-8nm，是小管徑的碳納米管。但是也是密度低，大約0.01-0.02g/ml，生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)碳納米管低很多。
6、第六代碳納米管技術(shù)，趙社濤于2019年，逐漸定型了一種和傳統(tǒng)碳納米管生產(chǎn)工藝兼容的小管徑薄壁碳納米管技術(shù)，兼容于傳統(tǒng)流化床或移動(dòng)床設(shè)備，可以高效、低成本生產(chǎn)高導(dǎo)電性碳納米管，產(chǎn)物堆密度0.05-0.07g/ml，催化劑倍率9-40倍之間可以調(diào)節(jié)，平均管徑6.0-7.5nm左右，可以形成多種規(guī)格。催化劑可以簡(jiǎn)易、高效率的大批量生產(chǎn)出來(lái)，工藝環(huán)保，解決了高質(zhì)量碳納米管大批量生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。利于使用普通的碳納米管生產(chǎn)設(shè)備按照正常效率生產(chǎn)，因?yàn)榉磻?yīng)器的體積確定后，生產(chǎn)效率是和產(chǎn)物的密度成正比的。
因?yàn)楣軓郊?xì)，層數(shù)薄，缺陷少，導(dǎo)電性高，相比第四代碳納米管技術(shù)，可以大量減少添加量。在三元鋰電池了，建議添加量為0.15%-0.30%。
第六代小管徑碳納米管規(guī)格表
第六代碳納米管，金屬含量為鈷，含量小于0.25%-1%wt。對(duì)比俄羅斯某公司單層碳納米管，其金屬含量為15%，而且是鐵金屬。
一般來(lái)說(shuō)，碳納米管小管徑薄壁的特性和催化劑的高收率互相矛盾，很難兼得，制造成本很高。但是趙社濤工藝的第六代小管徑薄壁碳納米管催化劑倍率高，制造成本和傳統(tǒng)普通的多層碳納米管相似，而且使用現(xiàn)有碳納米管生產(chǎn)設(shè)備就可以生產(chǎn)。碳納米管的管徑越小，層數(shù)越薄，導(dǎo)電性就越好，在鋰電池里的添加量就越少，在相同制造成本下，性價(jià)比就越高。
在碳納米管大型化生產(chǎn)設(shè)備方面，經(jīng)過(guò)10多年的工藝、催化劑、應(yīng)用和下游市場(chǎng)不斷實(shí)踐，趙社濤創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種大型碳納米管反應(yīng)器，單個(gè)反應(yīng)器有望達(dá)到每年1000噸以上的生產(chǎn)量。通過(guò)大型化的碳納米管反應(yīng)器，碳納米管的生產(chǎn)流程才能逐漸接近工業(yè)生產(chǎn)的要求，大大降低碳納米管的生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格，具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。高工鋰電研究所2017年報(bào)道過(guò)本人在碳納米管反應(yīng)器方面的進(jìn)展。
通過(guò)碳納米管生產(chǎn)工藝的持續(xù)升級(jí)，推出更有競(jìng)爭(zhēng)力，導(dǎo)電性更好的低成本、小管徑、高收率碳納米管品種，結(jié)合碳納米管生產(chǎn)設(shè)備的大型化，有望改變目前碳納米管產(chǎn)業(yè)無(wú)序低水平重復(fù)建設(shè)的局面。 采用趙社濤的第六代薄壁小管徑碳納米管技術(shù)，將有望具備碳納米管行業(yè)最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和盈利能力之一。
