全固体電池-とナトリウム イオン電池-）におけるカーボン ナノチューブの要件の違いは何ですか?

カーボンナノチューブ導電性スラリー

山東丹豊新材料技術有限公司

1. 2種類の電池の「遺伝的違い」

全固体電池とナトリウム-イオン電池はどちらも次世代電池技術として注目されていますが、CNT を必要とする基本的なロジックはまったく異なります。-

全固体電池の目標は、「より安全で高エネルギー」-であり、液体電解質を固体電解質に置き換えて、熱暴走問題を根本的に解決します。-ただし、-その代償として、固体界面接触が不十分であることとイオン輸送効率が低いことがあり、これが全固体電池の工業化の最大の障害となっています。-

ナトリウムイオン電池の目標は「より安く、より持続可能なもの」です。- ナトリウム資源は豊富で、コストはリチウムよりもはるかに低いです。 -そのトレードオフは、ナトリウムのイオン半径がリチウムよりも 34% 大きいため、インターカレーションとデインターカレーションがより困難になることです。さらに、材料の固有の電気伝導性が弱いため、本質的にエネルギー密度が低くなります。

これら 2 つの電池タイプの異なる「遺伝子」により、CNT がそれぞれの電池で果たすまったく異なる役割が決まります。

2. 全固体電池: SWCNT は「主要な実現材料」です

2.1 全固体電池の 3 つの主要なボトルネック-

全固体電池を研究室から量産に移行するには、次の 3 つの主要な課題に直面します。{0}

2.2 SWCNTの独自の価値

Shandong Tanfeng による研究では、SWCNT がこれら 3 つのボトルネックに体系的に対処できることが示されています。

まず、三次元の導電ネットワークを構築します。-SWCNT は一次元のナノ構造と弾道電子輸送特性を持ち、銅の 1,000 倍の導電率を持っています。-ほんの少し添加するだけで、電極内に三次元の連続導電ネットワークを形成することができ、全固体電池の電子伝導性を大幅に向上させ、内部抵抗を低減します。-

第二に、界面接触の改善です。SWCNT は柔軟性が高いため、電極と電解質の間のマイクロスケールのギャップにぴったりと適合し、接触損失が減少し、界面インピーダンスが効果的に低下します。{0}

第三に、バッファリングボリュームの拡張です。シリコン ベースのアノードは充放電中に最大 300% の体積膨張を経験し、粒子の粉砕や構造の崩壊を容易に引き起こす可能性があります。{0}} SWCNT はシリコン粒子間に柔軟な支持ネットワークを形成し、「ナノスプリング」のように作用して応力を吸収し、電極の完全性を維持し、電池のサイクル寿命を大幅に改善します。

2.3 産業上の検証: すでに山東省丹豊社により申請済み

固体電池や半固体電池を研究開発している大手国内企業が山東丹豊社の顧客です。{0}{1}{1}同社は全固体電池分野で CNT 供給で一定のシェアを占めており、海外の複数の全固体電池メーカーに関連製品を供給しています。-

重要な結論:全固体電池にとって、SWCNT は「あれば便利」ではなく「必須」です。{{1}

3. ナトリウム-イオン電池: CNT は「性能向上剤」です

3.1 ナトリウム-イオン電池の導電率の課題

ナトリウム イオン電池に使用される材料は、本質的に電気伝導性が弱く、エネルギー密度が低いです。したがって、それに応じて適応し、占有スペースを削減し、体積エネルギー密度を高め、効率的な導電ネットワークを形成するには、より優れた導電性添加剤が必要です。

学術研究でも、ナトリウム イオン電池における CNT の重要な応用価値が確認されています。-炭素材料は、高い導電性、構造の多様性、低コストを備え、ナトリウム-イオン電池の負極として使用するために広く研究されています。 CNT は、高い比表面積と優れた電気化学的性能を備えており、ナトリウムイオン電池分野で大きな注目を集めています。{4}

3.2 CNT 用ナトリウムイオン電池の主要な要件

全固体電池とは異なり、CNT 用のナトリウムイオン電池の要件は主に次の側面に反映されます。-

現在ナトリウム イオン電池を研究している大手メーカーが同社の顧客であり、一部の顧客はすでにナトリウム電池の研究開発プログラムで同社の SWCNT 製品を使用しています。

これは、「低コスト」ナトリウム イオン電池のルートであっても、ハイエンド ソリューションをサポートするには高性能 SWCNT も必要であることを意味します。{{0}{1}{2}}

4. 使用量の比較: さまざまなシステムにわたる CNT の需要強度

シリコン-炭素アノードと高ニッケル-三元カソードの 2 つのアプリケーション シナリオには、より高い性能要件があるため、より大量の CNT が必要になります。

この評価の背後にあるロジックは明らかです。

全固体電池-固体界面や体積拡大などの複雑な問題を伴うため、CNT（特に SWCNT）の需要が最も高くなります。{0}

ナトリウム-イオン電池は、導電率を向上させるために CNT を必要としますが、全体的な性能要件はシリコン-炭素アノードや高ニッケル-三元カソードほど厳しくないため、比較的少量で済みます。

技術ロードマップの観点から、また材料の基本的な特性に基づいて、全固体電池などの高性能要件を伴う技術ルートでは、SWCNT 製品に対する需要がより高まるでしょう。{0}}

5. 選択ガイド: 選択を理解するための 1 つの表

一文で要約すると:

全固体電池:-SWCNT は不可欠であり、使用率が高く、需要も高いです。

ナトリウム-イオン電池:性能を向上するには CNT (特に SWCNT) が必要ですが、必要な量は比較的少量です。

6. 山東丹峰の利点

CNT の専門メーカーとして、全固体電池およびナトリウム イオン電池分野における当社の総合的な取り組みにより、次のような利点がもたらされます。{0}

まず、製品ラインを完全にカバーします。当社は SWCNT と MWCNT の両方の製品を供給し、全固体電池、半固体電池、ナトリウム イオン電池など、さまざまな技術ルートのニーズに応えます。-

2つ目は、先進的な産業化の検証です。当社の SWCNT 製品は、複数の大手固体電池およびナトリウム イオン電池会社にサンプル提供されています。{0}{1}一部の製品はすでに少量のバッチ出荷を達成しており、お客様による検証の進捗状況がリードしています。-

第三に、生産能力の確保。SWCNT の生産能力を継続的に拡大することで、お客様に安定したバッチスケールの製品供給を提供し、全固体電池やナトリウム イオン電池の工業化に向けた材料保証を提供できます。{{1}{2}

4つ目は、アプリケーションの技術サポートです。全固体電池やナトリウム{{1}イオン電池の特殊なニーズに対応するため、当社は-分散プロセスや配合の最適化からセルのテストに至るまで、-お客様が材料の統合を迅速に完了できるよう、包括的な技術サポートを提供しています。

現在、当社のCNT製品は新エネルギー自動車、エネルギー貯蔵、家電などの分野で幅広く使用されています。全固体電池とナトリウム-イオン電池の工業化が加速する中、私たちはより多くのお客様と協力して次世代電池技術の展開を進めることを楽しみにしています。-