硅基负极+CNT导电剂(转载自Carbontech）
1）硅是提升动力电池能量密度的关键。负极从石墨体系到硅基负极将是未来的升级方向，石墨材料的理论克容量为 372mAh/g（每 6 个碳原子嵌入 1 个锂离子，形成LiC6 结构），目前高端产品已经达到 360-365mAh/g，接近理论容量，石墨负极材料逐步达到上限，因此需要更高能量密度的新材料来应对需求。硅材料最能够满足人们更高能量密度的需求（形成Li22Si5,理论克容量为 4200mAh/g）。未来随着动力电池能量密度要求的提高，硅碳负极搭配高镍三元材料的体系成为发展趋势。2020 年下半年以来，特斯拉、蔚来、智己汽车等车企纷纷推出自己新一代电动智能车，在电池材料上均布局了硅系负极，硅负极产业化大势日渐明晰。
2）硅负极必须要配合碳纳米管使用。在电池充放电过程中，硅的体积会大幅膨胀（高达 300％以上)，进而导致出现裂缝，从而发生硅负极颗粒化，硅负极材料颗粒之间连接断裂，导致硅负极电池快速衰竭。单壁碳纳米管解决了硅负极在锂电池应用的根本性问题。单壁碳纳米管由于管良好的导电性、高强度、高柔性、高长径比，以及在加入低剂量的情况下即可在材料内部形成发达网络的能力，在引入硅负极后可覆盖硅颗粒表面并在硅颗粒之间建立高度导电和持久的连接。单壁碳纳米管同时显著加长了硅负极的循环寿命。添加单壁碳纳米管，高硅含量的电池可满足循环寿命的要求。
3）碳纳米管行业将受益各车企电池“黑科技”堆料。车企及电池厂陆续发布含有硅负极的下一代电池，将加速硅负极在动力电池行业的广泛应用。正极领域，一般 LFP掺配比例为 1.0-1.5 w.t%，NCM 及 LCO 为 0.5-1.0 w.t%，随着电池厂对导电剂要求的提高，CNT 渗透率提升。负极领域，CNT 导电剂更匹配硅基化趋势，其掺配比例随着硅比例的提升而提升。随着动力电池、3C 电池、储能电池的蓬勃发展，CNT导电剂渗透率的不断提升，CNT 从正极 LFP，NCM 到硅基负极体系的不断渗透。预计到2022 年，CNT 导电浆料市场将突破 10 万吨，对应市场空间超过 40 亿元，将在 2019 年约 2.8 万吨的基础上增长 3 倍。
为了实现更高的续航里程，电动汽车的电池需要存储足够的能量，同时又不能增加过多的重量，不能占用过多的空间，这就需要高能量密度。
负极从石墨体系到硅基负极将是未来的升级方向，产品升级促进价值量提升。石墨材料的理论克容量为372mAh/g（每 6 个碳原子嵌入 1 个锂离子，形成 LiC6 结构），目前高端产品已经达到 360-365mAh/g，接近理论容量，石墨负极材料逐步达到上限。因此需要更高能量密度的新材料来应对需求。
其中，硅材料最能够满足人们更高能量密度的需求（形成 Li22Si5,理论克容量为4200mAh/g）。未来随着动力电池能量密度要求的提高，硅碳负极搭配高镍三元材料的体系成为发展趋势。未来两年，随着高镍三元材料 NCM811、NCA 及其他配套材料的技术逐渐成熟，硅碳负极的产业化即将到来。
1.2. 终端客户逐步选择硅负极方向
Tesla 在 2020 年 9 月 22 日“电池日”明确计划未来将采用硅负极，计划采用冶金硅作为原料，通过离子导电高分子进行涂覆、以及特殊胶粘剂（Binder）混合的形式，改善硅负极的性能。
Tesla 对硅原材料进行纳米化和对应的包覆方法来提升性能。对硅纳米材料进行包覆可以有效改善硅的碎裂和 SEI 膜失控生长问题。
蔚来在 2021 年 1 月 9 日 NIO Day 上发布 150kWh 固态电池，该技术采用原位固化工艺的固液电解质，确保电芯安全；使用无机预锂化工艺的硅碳负极，配合纳米级包覆工艺的超高镍正极，可实现 50%的能量密度提升，达到 360Wh/kg。
上汽集团及浦东新区、阿里巴巴的“智己汽车”在 2021 年 1 月 13 日发布93kWh 和115 kWh 两款大电池组，均利用掺硅补锂技术可实现 20 万公里电池无衰减，单体能量密度达到 300wh/kg。
各家电池厂及车厂在下一代电池设计中都已经在大规模使用硅，但硅存在一个尚未解决的根本问题。
在电池充放电过程中，硅的体积会大幅膨胀（高达 300％以上)，进而导致出现裂缝，从而发生硅负极颗粒化，硅负极材料颗粒之间连接断裂，导致硅负极电池快速衰竭。这是阻碍硅在锂电池中未能得到广泛使用的核心原因。
单壁碳纳米管解决了硅负极在锂电池应用的根本性问题。单壁碳纳米管由于管良好的导电性、高强度、高柔性、高长径比，以及在加入低剂量的情况下即可在材料内部形成发达网络的能力，在引入硅负极后可覆盖硅颗粒表面并在硅颗粒之间建立高度导电和持久的连接。
单壁碳纳米管使得硅颗粒之间的连接非常紧密、导电性好且牢固，即使发生硅负极颗粒体积膨胀并开始分裂，这些颗粒仍可通过单壁碳纳米管保持良好连接。
单壁碳纳米管同时显著加长了硅负极的循环寿命。添加单壁碳纳米管，高硅含量的电池可满足循环寿命的要求。
单壁碳纳米管可以制造出 SiO 含量为 20％、600 mAh/g 容量和 1500 循环的硅负极，基本足够满足高能量密度、高倍率性能、高性价比的新一代动力电池，能量密度可超过 300Wh/kg 和 800Wh/l。
为了实现锂电池导电剂主要在应用正极材料及负极材料中，尤其是 LFP，NCM 及硅碳负极一般都需要配合导电剂尤其是 CNT 导电剂使用。CNT 导电剂对锂电池综合性能明显提升，同时 CNT 量产规模不断扩大促进成本逐步下行，在锂电池中的性价比逐步体现，未来其渗透率将逐步提升。
预计未来 3 年 CNT 导电剂在动力电池导电剂中的渗透率将超过 65%，在 3C 消费电池中的渗透率将超过28%，整体市场空间将在现有基础上增长 3 倍以上。
正极领域，一般 LFP 掺配比例为 1.0-1.5 w.t%，NCM 及 LCO 为 0.5-1.0 w.t%，随着电池厂对导电剂要求的提高，CNT 渗透率提升。
碳纳米管导电浆料在动力锂电池领域的不断渗透，替代炭黑趋势愈发明显。预计2022 年 CNT 在动力电池导电剂中的渗透率将超过 65%。
“无绳化”推动 3C 锂电池导电性能要求的提升，CNT 导电剂渗透率稳定增长。2018年碳纳米管导电浆料在数码电池中渗透率达 18.0%，预计到 2022 年 CNT 渗透率将超过 28%。
负极领域，CNT 导电剂更匹配硅基化趋势，其掺配比例随着硅比例的提升而提升，我们以 1.5%作为保守测算比例。
2）硅碳负极需要解决热膨胀问题才可使用，因此其束缚结构稳定性至关重要，而碳纳米管具有很好的化学稳定性。
3）极大的比表面积可以有效的缓解硅基负极在锂离子脱嵌过程中硅材料结构的坍塌。
3.3. 碳纳米管空间巨大将受益电池“黑科技”堆料
CNT 导电浆料市场未来三年将突破 10 万吨，对应市场空间超过 40 亿元。
随着动力电池、3C 电池、储能电池的蓬勃发展，CNT 导电剂渗透率的不断提升，CNT 从正极LFP，NCM 到硅基负极体系的不断渗透。预计到 2022 年，CNT 导电浆料市场将突破 10 万吨，对应市场空间超过 40 亿元，将在 2019 年约 2.8 万吨的基础上增长 3 倍。
未来锂电行业总量将保持高速增长，对应的锂电池正极 LFP 及 NCM 材料将伴随行业的高速增长而增长，同时锂电负极材料硅基化的产品升级也将呈现高增长。CNT是与锂电行业大趋势—正极高镍化、负极硅系化—最为匹配的导电剂材料，CNT 在导电剂中的渗透率将稳步提升。
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