随着新能源汽车和储能市场的成熟，锂离子电池的性能要求逐渐增加。这推动了锂离子电池技术向高能量密度和安全性的升级。导电剂是锂离子电池的组成部分，升级锂离子电池也需要更高性能的导电剂。碳纳米管是一维量子材料，由单层或多层石墨烯沿着一定的螺旋角卷曲在中心轴上形成。作为一种新型导体，它具有优异的导电性能。它可以比传统的导电剂（如炭黑、导电石墨等）更好地提高正极活性材料的导电性。它可以提高电池的能量密度和电池的循环寿命。
碳纳米管的长径比和碳纯度是影响导电性的两个核心指标。它们直接决定了碳纳米管的产品性能。直径越小，长度越长，导电性越好。石墨烯层数的差异将其分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管的优势
1. 优秀的安全表现：在45°C的高温多循环下，使用单壁碳纳米管的软包电池的内阻增长显著低于使用其他导电剂的电池。这表明电池起火的风险更低。
2. 提高磁极片的粘附性：单壁碳纳米管网络将正极材料颗粒连接在一起，从而增加了颗粒之间的连接强度。对于容易粉碎和脱落的基于硅的负极，这一特性尤为重要。
3. 简单的结构和稳定的化学性质：在多壁碳纳米管的形成过程中，层与层之间的界面很容易成为陷阱中心，捕获各种缺陷。单壁碳纳米管具有简单的结构、良好的均匀性、较少的缺陷和稳定的化学性质。
4. 小添加量和优异的导电性：单壁碳纳米管具有高长径比。它可以在非常低的添加量下形成三维导电网络。同时，单壁碳纳米管有一层碳原子，可以根据空间螺旋特性表现出金属或半导体性能。此外，其强大的碳-碳键使其具有更高的电流承载能力，电流密度可以比铜等金属高出1000多倍。
5. 良好的弹性和高机械性能：单壁碳纳米管具有更强的灵活性。它能够更好地弯曲、扭转或扭曲。弹性模量和抗拉强度明显优于多壁碳纳米管。
6. 良好的热传导性：单壁碳纳米管的单位质量导热系数高于多壁碳纳米管。同时，两者都能耐受750°C以上的高温。
目前大规模生产单壁碳纳米管存在以下困难：
1. 很难精确控制产品质量：单壁碳纳米管的性能与其直径和手性密切相关。大多数样品由不同直径和手性的多个单壁碳纳米管组成。它们相互缠绕，难以分离。因此，很难实现对其性能的精确控制。
2. 准备均匀和稳定的导电浆料具有挑战性：由于碳纳米管之间存在一定的范德华力，它们容易聚集。这影响了单壁碳纳米管的单体特性。所有分散稳定性问题都需要解决。
3. 单壁碳纳米管的生成成本太高：一方面，催化剂的催化效率不高，导致样品中存在大量杂质，需要后续净化才能使用；另一方面，需要进一步提高制备效率和产率，并进一步优化工艺参数。
单壁碳纳米管在未来有着广阔的市场
1. 优秀的表现
单壁碳纳米管的优异性能。单壁碳纳米管具有高比表面积、极细的管径和超长的管长、更好的石墨化程度及其他物理化学特性。这使其具有多壁碳纳米管所没有的许多优异性能，且导电效率是多壁碳纳米管的十倍以上。单壁碳纳米管可以用于锂离子电池的正极和负极材料，大大提高了锂离子电池的能量密度、倍率性能、安全性和循环寿命等性能。
2. 快充趋势
“快速充电”是新能源汽车行业的的发展趋势，单壁碳纳米管比多壁碳纳米管和传统导电剂更能提高锂电池的倍率性能。许多公司现在选择在3C以上的电池中添加单壁和多壁匹配方法。在此基础上，4C电池将分别添加2%至4%的单壁碳纳米管以提高快速充电性能。
3. 硅基负极材料与单壁碳纳米管之间的协同作用
“基于硅”的负极材料更适用于单壁碳纳米管。基于硅的负极材料本身不是良好的导体。作为负极材料，它们必须使用许多导电剂，而高端导电剂，如单壁碳纳米管，可以提高它们的导电性。同时，单壁碳纳米管的高机械强度可以提高硅碳负极材料结构的稳定性，并且在外部力的作用下，结构不易破坏。此外，硅碳负极材料在充放电循环过程中的体积变化引起的颗粒粉碎将导致容量迅速衰减。作为一种优秀的一维导电材料，单壁碳纳米管可以更有效地帮助建立长距离导电网络，大大改善其循环性能并延长电池的使用寿命。
4. 对大尺寸电池和固态电池的需求推动了单壁碳纳米管市场的发展
“大型圆柱形”电池和“固态电池”将在未来几年逐渐增加产量，增加对基于硅的负极材料的使用，从而促进单壁碳纳米管产业的发展。
5. 成本降低
目前，由于单壁碳纳米管生产技术壁垒高、生产难度大，生产成本和价格过高，但随着单壁碳纳米管工艺技术和技术的逐渐成熟，单位生产效率和工艺自动化程度进一步优化，从而带来规模效应。未来，单壁碳纳米管导电剂的价格将逐渐下降，这将有利于单壁碳纳米管导电剂的使用。
根据数据展示，高性能和稳定的单壁碳纳米管目前供应短缺。同时，其国内客户单壁碳纳米管的订单已达到数百吨。随着大型圆柱电池和固态电池的逐步大规模生产，单壁碳纳米管正迎来一个体积扩张阶段。预测到2030年，全球单壁碳纳米管浆料市场将达到178亿元，未来六年的复合年均增长率预计为49.4%。单壁碳纳米管的未来前景广阔。
