中国粉体网讯 随着新能源产业的蓬勃发展，固态电池作为下一代电池技术的代表，因其更高的能量密度、更好的安全性和更长的循环寿命而备受关注。在固态电池的发展中，碳材料发挥着至关重要的作用，其应用领域广泛且前景广阔。
碳材料在固态电池中的应用
主流的碳材料有碳纳米管、石墨烯、导电炭黑、多孔炭等，在固态电池中可用作电极材料和电解质添加剂等。
碳纳米管
碳纳米管具有良好的导电性、高比表面积和优异的机械性能，在固态电池中主要作为导电剂使用。它能够在活性物质之间以及活性物质与集流体之间建立高效的导电网络，降低电极的接触电阻，加速电子的迁移速率，从而提高电池的充放电性能和倍率性能。特别是在硅基负极中，碳纳米管导电浆料表现出色，其高机械强度可以提高硅基负极的稳定性，弥补硅基负极导电性差的缺点，同时还能有效缓解硅基负极在锂离子脱嵌过程中的结构坍塌问题。
石墨烯凭借其独特的二维结构和高电子迁移率、高理论比表面积等优异性能，在固态电池领域展现出多方面的重要作用。它可作为电极材料，提高电池能量密度与电极结构稳定性；也能充当导电添加剂，提升电池充放电性能并降低内阻；还可用于修饰固态电解质，提高离子电导率和抑制锂枝晶生长；另外，作为隔膜材料能增强隔膜机械性能与离子选择性。
多孔炭
多孔炭具有丰富的孔隙结构和高比表面积，在固态电池中可作为硅碳负极的碳骨架材料。其品质对于生产优质的硅碳负极至关重要，合适的多孔炭结构可以为硅提供缓冲空间，提高硅碳复合材料的稳定性和导电性，并且能够根据不同的应用场景对其孔径、孔容和孔隙率进行调控，以满足电池性能的要求。
导电炭黑
导电炭黑是一种常用的导电剂，主要应用于电池的正极和部分负极。它具有优异的导电性能和高表面积，能够在电极内部建立导电网络，提高极片内部的电子传输能力，且丰富的孔隙有助于吸收电解液，构筑锂离子迁移通道，从而提高电池的放电速率和循环稳定性。
固态电池用碳材料研究进展
贝特瑞
贝特瑞新材料集团股份有限公司一直致力于碳材料的研发与生产，在固态电池用碳材料领域，该公司开发出了高性能的硬碳负极材料。通过优化合成工艺和微观结构调控，贝特瑞的硬碳负极材料不仅具有高比容量，还在循环稳定性方面表现出色，能够满足固态电池商业化应用对负极材料的严格要求。
在新型硅碳产品领域，开发出兼具高压实、低膨胀特性的快充型新硅碳负极，并通过头部3C电池厂商测试。在多个领域实现硅碳负极小批量应用，硅基负极产品于2024年成功导入国际头部客户供应链，在国内外“46”系列大圆柱项目中全面突破。
道氏技术
公司在固态电池领域布局良好，其碳纳米管导电剂尤其是高性能单壁碳纳米管（SWCNT）在固态电池中有较好应用场景。公司的单壁碳纳米管粉体产品性能优异，在纯度、比表面积、GD值等方面与进口单壁碳纳米管性能相当，甚至在杂质金属元素含量等指标上更优。采用自研分散剂的单壁碳纳米管浆料，在粘度、固含量等指标上优于进口单壁碳纳米管浆料。
道氏技术的碳纳米管导电剂已向部分下游固态电池厂商小批量供货，单壁碳纳米管产品已送样包括太蓝、卫蓝等在内的主流固态电池厂商，且已获得某固态电池厂商订单并小批量出货。此外，公司碳纳米管导电剂产品还供应给宁德时代用于固态电池。
天奈科技
作为国内碳纳米管的龙头企业，产品涵盖碳纳米管粉体、碳纳米管导电浆料等。其碳纳米管导电剂在固态电池中有广泛应用，通过优化生产工艺，极大地提升了导电性能。其高导电性碳纳米管导电浆料在市场中占有近47%的份额。产品已向包括清陶、卫蓝在内的多家知名固态电池厂家供货，市场反馈良好。随着固态电池产业化加速，公司有望在这一波浪潮中实现快速增长。
黑猫炭黑
公司成功研发出新型碳纳米管复合导电浆料，该浆料在固态电池电解质中的应用，有效提高了离子电导率和电池的倍率性能。黑猫炭黑通过自主研发的独特制备技术，实现了碳纳米管在浆料中的均匀分散，进一步提升了其在固态电池中的应用效果。此外，研发多年的超导电炭黑取得成果，产品已通过客户验厂并进入量产阶段，可用于固态电池作为导电剂。
元力股份
元力股份在新能源碳材料开发工作进展顺利，硬碳、多孔碳均已实现量产，并受到下游知名厂商青睐。在多孔碳技术方面量产能力全行业领先，其多孔碳联合头部客户开发，已对接主流负极、电池客户，绑定电池龙头，累计出货达百吨级。
龙星化工
龙星化工在固态电池材料方面有应用和布局。其炭黑产品可作为固态电池材料的中间体，公司是国内唯一一家掌握固态电池规模化量产高品质纳米级炭黑提供中间体新材料技术的企业，在固态电池中添加纳米级炭黑能够提高电池的机械强度和稳定性，增加电解质的抗拉强度和韧性，进而提高固态电池的稳定性和循环寿命。
碳材料在固态电池应用中的挑战
碳纳米管的成本与规模化生产
虽然碳纳米管在固态电池中的应用效果显著，但目前其制备成本相对较高，且规模化生产过程中还存在一些技术难题，如产品的一致性和稳定性难以保证等。
单壁碳纳米管管径均一，比表面积大，在构建高效导电网络、提高离子电导率方面效果显著，尤其适用于追求极致性能的高端固态电池，但成本居高不下；多壁碳纳米管则由多个同心碳管组成，机械强度高，在承受较大外力冲击时，仍能保证电池内部结构完整，在对电池稳定性要求高的应用中表现出色。二者各有优劣，因此，需要进一步优化制备工艺，降低生产成本，提高生产效率和产品质量，以满足固态电池产业化发展的需求。
石墨烯的产业化应用难题
单层石墨烯仅有一个原子层厚度，具备极高的电子迁移率，能大幅提升电极材料的导电性，在提高电池充放电倍率上优势明显；但它的制备难度大、成本高，大规模应用受限。多层石墨烯电子迁移率则稍逊一筹，不过机械性能更为出色，在增强电池结构稳定性方面发挥作用，且制备相对容易，成本较低，在一些对成本较为敏感的应用场景中更具优势。就市场来看，目前制造出来的石墨烯产品大多不是完整的单层结构，而是复合后的多层结构，让石墨烯的优势大打折扣。
碳材料与固态电解质的兼容性
固态电池中，碳材料与固态电解质之间的兼容性对电池性能至关重要。不同类型的碳材料和固态电解质在物理和化学性质上存在差异，可能导致界面接触不良、离子传输受阻等问题。因此，需要深入研究碳材料与固态电解质的相互作用机制，开发出具有良好兼容性的材料体系和界面修饰技术，以提高固态电池的整体性能。
结语
在固态电池的发展进程中，碳材料已占据不可替代的关键地位，它在电极材料、电解质添加剂等方面广泛应用，显著提升了固态电池的性能。众多企业持续发力碳材料研发，不断取得技术突破，推动固态电池技术迈向更高水平。未来，碳材料将为固态电池的大规模商业化应用奠定坚实基础，进而推动新能源产业迈向更为辉煌的发展阶段，助力全球能源结构的绿色转型。
参考来源：
中国粉体网，东方财富网，雪球，各公司官网
程醒，李曈，司知蠢，等：能源存储与转化用微纳超结构碳：现状与建议
上海证券报：固态电池商业化进展虚实
（中国粉体网编辑整理/留白）
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