焦点导读
与石墨烯互为“同门好兄弟”的碳纳米管 ，最近因锂电行业而火了起来。1991年由日本饭岛博士发明 ，到现在受人青睐 ，碳纳米管在这20年间历经风雨 ，几经沉浮 ，人们攻克了难以大规模量产的难题 ，碳纳米管也再次“出道“ ，在锂离子电池中大放异彩。今天 ，豪运国际welcome科技带您一同相识一下锂电池导电剂“新秀”碳纳米管以及其催化剂。豪运国际welcome科技提供碳纳米管催化剂质料及相关手艺支持服务 ，助力锂电硅碳负极工业。
近年来 ，随着天下泛起能源�；� ，国家一直深化“双碳”政策 ，越来越多人最先环保出行、绿色生涯 ，也更多地最先关注新能源行业。在全球碳中和大趋势和海内外新能源行业的快速生长的配景下 ，动力电池及储能工业市场一连增添 ，增添的主因即是锂电行业的高度景气。
行业的景气自然会引起人们对工业上下游的关注 ，锂电行业也不破例。下游方面 ，2022年上半年 ，新能源电车在中国销量已突破220万辆。上游方面 ，锂电池主要由正极质料、负极质料、电解液和隔膜组成。正极质料主要包括三元质料、磷酸铁锂质料、磷酸锰铁锂 ，负极质料则有石墨类质料和硅质料。各大企业在各结构环节都起劲追求手艺立异与突破 ，仅占锂电池本钱2%的导电剂也不破例 ，新型导电剂碳纳米管也越发受人们的关注。
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碳纳米管概述
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碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs） ，又名巴基管 ，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级 ，轴向尺寸为微米量级 ，管子两头基本上都封口）的一维量子质料 ，主要由呈六边形排列的碳原子组成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间坚持牢靠的距离 ，约0.34nm ，直径一样平常为2~20nm。
碳纳米管结构图
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单壁碳纳米管vs多壁碳纳米管
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碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成 ，因此凭证石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs）
单壁碳纳米管 |
多壁碳纳米管 |
直径巨细的漫衍规模小 ，缺陷少 ，具有更高的匀称一致性 |
管壁上通常充满小洞样的缺陷 |
典范直径在0.6-2nm |
最内层可达0.4nm ，最粗可达数百纳米 |
较高的长度-直径比 |
典范纵横较量低 |
单位质量导热系数大 |
单位质量导热系数小 |
导电性强 ，低添加量 |
导电性弱 ，添加量稍高 |
*该表格内容均为单壁碳纳米管相较于多壁碳纳米管而言
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锂电池中的碳纳米管
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碳纳米管拥有极高的强度和极大的韧性 ，具有优异的导电导热性能 ，且自身化学性子稳固 ，具有耐酸性和耐碱性 ，因此碳纳米管在体育用品、橡胶、抗静电涂料、导电塑料、储氢质料及航天质料等多个领域均有普遍应用。
碳纳米管最主要的应用是锂离子电池。因其导电性能优良 ，长径比极高 ，碳纳米管作为导电结构与锂离子电池电极质料团结可以获得具有优异电化学性能的复合电极质料 ，降低锂电池内阻 ，提高锂电池电极片的粘结强度 ，从而在差别的应用模式下显著提高电池的容量性能、倍率性能以及循环寿命。
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碳纳米管制备工艺
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常用的碳纳米管制备要领主要有：电弧放电法、激光蒸发法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法等。
工艺类型 |
优点 |
弱点 |
化学气相沉积法 |
反应历程易于控制 ，反应温度相对较低 ，产品纯度较高 ，本钱低 ，产量高 ，适用性强 |
粗产品中结晶度较低 |
激光蒸发法 |
可一连操作、产品纯度高、质量好 |
产量低、本钱高、难以工业化生产 |
石墨电弧法 |
碳纳米管管直、壁薄、结晶度高 |
纯度低 ，产率低 ，本钱高 ，且电弧放电历程难以控制 ，难以工业化 |
水热法 |
产品管径小、纯度高、收率较高 |
本钱高难以工业化 |
化学气相沉积法是将烃类或含碳氧化物引入到含有催化剂的高温管式炉中经由催化剖析后形成碳纳米管�；喑粱ㄒ彩翘寄擅坠芄ひ瞪闹饕熘�。
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催化剂是碳纳米管的“基因”
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催化剂作为碳源剖析活性中心以及石墨碳沉积中心 ，它的选取、制备、以及载体的选取也将对碳纳米管的成核、生长速率、密度、疏散、纯化等有很大影响 ，将导致碳纳米管具有差别的形貌和结构 ，是碳纳米管制备中的主要影响因素。
化学气相沉积法工艺蹊径
01
催化剂的种类
常见催化剂种类为：金属单质和化合物。研究发明接纳二茂铁等化合物的催化活性比同种金属单质的要强 ，在固体酸的催化下 ，碳纳米管的天生温度比以金属单质作催化剂的天生温度要低300℃～400℃。在碳纳米管生长历程中 ，温度过高易造成催化剂颗粒的烧结和集聚 ，催化剂的失活。另外 ，化合物催化剂与基底间的作用力比单质金属的弱 ，易于碳纳米管的提纯。
02
催化剂的颗粒
催化剂颗粒越小 ，其熔点越低。关于纳米颗粒 ，外貌原子数与颗粒内总原子数之比随颗粒的增大而减小 ，其外貌张力也随之降低。因此 ，在碳纳米管的生长历程中 ，厚度较小的催化剂膜在较大的外貌张力作用下形成较小的颗粒 ，而厚度较大的催化剂膜则形成较大的颗粒。
03
催化剂的活性
碳管生长历程中 ，催化剂活性高 ，生长温度高 ，有利于碳的剖析 ，活性碳原子浓度大 ，有利于碳纳米管的生长。高温下天生的碳管质量较低温生长的碳管好 ，外貌也较清洁。其他元素的加入对碳活度的影响 ，当在催化剂Fe中加入Co、Ni、S等元素时 ，碳原子活度获得提高 ，有利于碳纳米管的析出。
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催化剂质料的主要性
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作为碳纳米管的“基因” ，催化剂的理化性子也受到合成质料性子的影响。杂质和非理想组分多时 ，催化剂容易烧结 ，寿命缩短。当锡、锌等金属杂质含量多时 ，不适合做多元催化剂的活性组分且不易形成高质量且杂质少的碳纳米管。在催化剂的合成时 ，若是质料使用保存缺陷则会导致催化剂的纯度不高 ，性能欠好 ，造成情形污染和本钱高的问题。
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参考资料
[1] 天奈科技招股说明书
[2] 碳纳米管-百度百科
[3] 秦建杰,王延相,牛芳旭,郑林宝,王兴辉,马连茹,刘群,王成国.催化剂加载对一连碳纤维外貌生长碳纳米管的影响[J].质料导报,2017,31(S1):1-5.
[4] 蒋雪,江奇,陈建康,陈姿,邓敏,蔡玉东,卢晓英.催化剂对碳纳米管及其电化学储能性能的影响[J].功效质料,2016,47(09):9068-9072.
[5] 耿晓菊. 催化剂对碳纳米管生长的影响及相关研究[D].重庆大学,2007.
[6] 孙亚萍,乔加飞,刘燕,郝卫,王顺森.多元催化剂活性组分及助剂配合对V型火焰法制备碳纳米管的影响[J].化工新型质料 ,2022,50(06):197-202.DOI:10.19817/j.cnki.issn1006-3536.2022.06.039.
[7] 陈玉莲. 水热法制备纳米复合粉体催化剂及其合成碳纳米管的研究[D].广东工业大学,2005.
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