资讯汇总4.29

1、上海浦东新区金桥(永安)产业园揭牌成立

4月24日,上海浦东新区金桥(永安)产业园揭牌仪式在永安举行。永安市政府与上海金桥管理局签署了浦东新区金桥(永安)产业园合作共建框架协议;三明埔岭汽车工业园区管委会分别与中材航特科技有限公司签订先进难熔金属新材料及半导体、航天航空器件制造项目意向协议,与凯纳新材料科技有限公司签订石墨烯和单壁/寡壁碳纳米管粉体建设项目投资意向书。

同时,中材航特科技有限公司、凯纳新材料科技有限公司等2家落地项目企业与鸿之微科技(上海)股份有限公司、上海交大纳米中心、上海国禾私募基金管理有限公司等3家上海企业进行交流推介。

来源:三明日报

2、中科纳米葛店科技创新产业集群综合示范项目落户湖北鄂州

湖北鄂州葛店经开区20日举行中科纳米葛店科技创新产业集群综合示范项目签约仪式,这个总投资20亿元的高科技项目落户葛店经开区。

该项目由中科纳米产业集团投资兴建,涵盖纳米金属粉体、纳米石墨烯、纳米气凝胶、智能无人机、智能无人车、智能机器人、氢能源汽车等龙头产业项目,配套建设院士专家交流中心、科技成果孵化基地和各产业上下游配套及关联产业等项目。

未来,中科纳米产业集团将在产业集群内孵化上市公司不低于1家,前3年引入6至8人次院士和专家到当地开展技术交流,前5年平均每年导入专利、技术不少于10项,全周期孵化3至5家优秀种子企业,助力葛店经开区打造省级以上重点实验室和新材料研发中心。

来源:新华网

3、江西国轩年产锂电池及PACK30GWH生产基地扩建项目环境影响报告表拟批准公示

根据建设项目环境影响评价审批程序的有关规定,经审议,我分局拟对江西国轩年产锂电池及PACK30GWH生产基地扩建项目作出批复决定。为保证此次审议工作的严肃性和公正性,现将该项目环境影响报告表的基本情况予以公示。公示期为2024年4月22日-2024年4月23日(2个工作日)。

听证告知:依据《中华人民共和国行政许可法》,自公告起五日内申请人、利害关系人可对上述拟作出建设项目环境影响评价文件批复决定要求听证。

联系电话:0795-3918056(环评科)

通讯地址:宜春经开区管委会春风路1号202(336000)

江西国轩年产锂电池及PACK30GWH生产基地扩建项目位于宜春经济技术开发区春顺路与宜云路交界处,中心地理坐标为:东经114°26′54.557″,北纬27°53′15.072″,项目西侧为宜春国轩电池有限公司一期项目,东侧为宜创路,北侧为春顺路,南侧为园区规划道路春和路,总占地面积573.01亩。本项目属新建工程,以磷酸铁锂、导电碳黑、石墨烯复合导电浆料、PVDF、NMP、石墨、SBR、CMC、勃姆石、涂碳铝箔、铜箔、陶瓷隔膜、电解液、高温胶带、电芯盖板、电芯壳体、电芯绝缘袋、PET绝缘膜、电芯顶盖贴片、双组分聚氨酯结构胶A、双组分聚氨酯结构胶B、PU泡棉、EVA泡棉-A、EVA泡棉-B、铁碳颗粒、双氧水为原辅料,经合浆、涂布、辊压、激光切、极耳预焊裁切、叠片、X-RAY超声焊、组装、激光焊、85℃烧烤、一次注液、静置化成、补液、封口、激光清洗、纯水清洗、分容、检测、分档等工序生产磷酸铁锂电池电芯;经电芯预处理段、模组堆叠段、涂结构胶、模组组装/焊接段、下线检验、半成品加工段、成品加工段进行PACK电池模组加工组装,建成年产20GWH锂电池及2条PACK生产线。

项目建设主要内容:新建1#-3#主体工程;1#-2#综合车间,12#-22#倒班房,储能电站,门卫室等辅助工程;1#-6#仓库、4#仓房、电解液仓库、NMP储罐等储运工程;供水、供电、空压制氮站、压缩空气、除湿系统、真空系统、纯水制备系统等公用工程;废水处理设施、废气处理设施、固废贮存间、噪声削减、环境风险防控工程等环保工程。

项目总投资515000万元,其中环保投资1894.5万元,占总投资的0.37%。

来源:宜春市生态环境局

4、深圳石墨烯创新中心获国家资质认证

近日,光明科发集团参股企业深圳石墨烯创新中心有限公司检测中心正式获中国合格评定国家认可委员会颁发的实验室认可证书,成为光明区石墨烯领域唯一一家获得CNAS资质的机构。

据了解,深圳石墨烯创新中心成立于2018年,是在广东省工信厅、深圳市政府及光明区政府的大力扶持下,由清华大学牵头,联合政府产业平台、高校、科研机构、民营企业和社会资本共同成立的混合所有制新型创新平台,并于2019年被授予广东省石墨烯创新中心。2022年,凭借突出的科技创新能力,通过国家高新技术企业认定。

据了解,该中心的综合检测分析能力,包括石墨烯材料晶体结构和比表面积以及粉末、微纳米材料比表面积、孔体积、平均孔径、孔分布、微孔体积、孔分布、物相定性分析和热失重检测等,将为石墨烯产业发展提供有力支撑。

来源:深圳新闻网

5、江苏省《石墨烯材料包装储运通用要求》5月3日起实施

近日,由江苏省工业和信息化厅提出,江苏省石墨烯标准化技术委员会归口的 《DB32/T 4723-2024 石墨烯材料包装储运通用要求》发布,于2024年5月3日实施。

《DB32/T 4723-2024 石墨烯材料包装储运通用要求》规定了石墨烯材料的包装、标志、储存、运输和安全要求,适用于石墨烯粉体、石墨烯浆料、石墨烯滤饼和石墨烯薄膜的包装储运。

其中,石墨烯薄膜(柔性衬底表面的石墨烯薄膜)包装方法:

  1. a) 在聚乙烯或聚丙烯塑料盒内贴附一层无尘纸,确保无尘纸平整、无皱褶;
  2. b) 将产品平放于聚乙烯或聚丙烯塑料盒内;
  3. c) 在产品四个直角表面粘贴胶带以固定产品;
  4. d) 将装有产品的塑料盒和干燥剂一同放置于防静电袋内,防止产品受到静电影响;
  5. e) 对防静电袋进行抽真空和热塑封口处理;
  6. f) 以纸箱进行外包装。

其他详见附件。

来源:智能制造网

6、宁波石墨烯创新中心有限公司采购石墨烯气凝胶毡中试线(前处理设备)项目结果公示

一、中标人信息:

标段(包)[001]石墨烯气凝胶毡中试线(前处理设备):

中标人:杭州华黎泵业有限公司 中标价格:984.4万元

二、其他:

1、招标公告发布日期:2024 年3 月 29 日

2、定标日期:2024 年4月 19 日

3、公示期:2024年 4月25日-2024年4月28日

来源:宁波中基国际招标有限公司

7、国家石墨烯创新中心举办石墨烯防腐涂料产业论坛暨宁波云涂新材料科技有限公司开业庆典活动

4月26日,石墨烯防腐涂料产业论坛暨宁波云涂新材料科技有限公司(以下简称“云涂新材”)开业庆典活动在国家石墨烯创新中心研发设计中心(富邦园区)圆满举行。来自全国各地近60位防腐涂料领域的院校专家、产业链上下游企业、行业协会代表齐聚一堂,探讨交流“新材料之王”石墨烯在防腐涂料行业的技术应用,并共同见证石墨烯改性工业重防腐材料工程技术中心揭牌。

开业仪式上,中国科学院宁波材料所研究员、国家石墨烯创新中心主任刘兆平致辞,他表示云涂新材的成立,是国家石墨烯创新中心在石墨烯工业重防腐领域技术成果转移扩散的标志性成果之一。面向国家需求和行业发展需求,秉持“聚焦需求,众筹众创,共建共享”的发展理念,石墨烯创新中心将为石墨烯产业发展提供技术支撑,推动石墨烯应用技术的落地,共同打造新质生产力。

同期,石墨烯防腐涂料产业论坛举行。中国科学院宁波材料所研究员、国家石墨烯创新中心副主任周旭峰,浙大宁波理工学院生物与化学工程学院副院长王进波,中国国际科技促进会涂层防腐技术创新分会秘书长殷岩勤,中关村华清石墨烯产业技术联盟副秘书长冯巧娜,宁波云涂新材料科技有限公司总工马金华,宁波云涂新材料科技有限公司总经理武天云分别作石墨烯技术与产业化发展、宁波涂料产业化发展、腐蚀联盟产业、石墨烯涂料标准分析、石墨烯改性工业重防腐涂料技术、工业重防腐涂料市场前景展望等报告。

来源:国家石墨烯创新中心

8、石墨烯制成迄今最薄心脏植入物

据发表在最新一期《先进材料》杂志上的论文,美国西北大学和得克萨斯大学奥斯汀分校领导的研究团队开发出由石墨烯制成的迄今最薄的心脏植入物。

这种新的石墨烯植入物在外观上类似于一次性文身贴,厚度不及一根发丝,但仍能像传统心脏起搏器一样发挥作用。与目前的起搏器和植入式除颤器不同,这种新设备可与心脏柔和地融合在一起,同时检测和治疗心律失常。它薄而柔韧,贴合心脏的细微轮廓,也有足够的弹性和强度,能承受心脏的跳动。

研究证明,在将该设备植入大鼠模型后,石墨烯“贴纸”可成功地感知不规则的心率,并通过一系列脉冲传递电刺激,而不会限制或改变心脏的自然跳动。此外,这种石墨烯植入物是光学透明的,允许研究人员使用外部光源通过设备记录情况和刺激心脏。

当心脏跳动过快或过慢时,就会发生心律失常。严重的情况下,心律失常可能导致心力衰竭、中风甚至猝死。医生通常使用植入式起搏器和除颤器进行治疗,这些设备可检测到异常的心跳,然后通过电刺激纠正心律。但是,它们不够柔韧灵活,可能会限制心脏的自然跳动,损伤软组织,造成暂时的不适,还可能引起并发症,如肿胀、穿孔、血栓、感染等。

在筛选了多种材料后,研究人员最终选择了具有优异生物兼容性的“神奇材料”石墨烯。石墨烯具有超强、轻质的结构和高导电性,在高性能电子产品、高强度材料和能源器件等方面具有潜在的应用前景。新的柔软、灵活的石墨烯植入物不仅不“显眼”,而且能直接与心脏紧密无缝地吻合,提供更精确的测量。

来源:科技日报

永清院“渝”您相约新能源盛会

备受瞩目的“第十六届重庆国际电池技术交流会/展览会(CIBF2024)”于2024年4月27日上午九时整在重庆国际博览中心盛大开幕。

截至发稿前,已接待参观人员三百余人次,对我院推广知名度和检测业务起到了良好的效果。后续我院将梳理和跟进此次展会的潜在客户及合作伙伴,进一步开拓市场。

永清石墨烯研究院诚邀您参观CIBF2024第十六届重庆国际电池技术交流会/展览会

中国国际电池技术交流会/展览会(CIBF)”是由中国化学与物理电源行业协会主办的电池行业的国际性的专业技术交流会/展览会,是全球最具影响力的新能源展会之一,连续15次搭建高端交流平台。CIBF每两年一届固定在深圳举办,为带动行业发展,在两年之间,主办方增加了CIBF巡展。CIBF2024首次走进川渝,将于2024年4月27-29日重庆国际博览中心举行。14个展馆,近18万+平米,预计20万+观众参观。

诚挚欢迎您莅临展位参观洽谈!
研究院介绍

福建永安市永清石墨烯研究院有限公司成立于2018年1月,由永安市政府出资、联合清华大学深圳国际研究生院,共同建立的公共技术服务平台,是国家高新技术企业、科技型中小企业。永清石墨烯研究院座落在永安市石墨和石墨烯产业园,是国家先进电池材料产业集群海西区域产业工作组,并列入产业集群检测技术分析平台,被福建省科技厅列为省级科技创新平台,也是三明市政府支持的三明市重大科技创新平台。永清石墨烯研究院依托清华大学在石墨烯及新能源储能材料领域的研发、技术、人才优势,为福建省石墨烯产业集群企业及相关高校和研究机构提供检测分析、研发设计、工艺开发、中试孵化、成果转化等技术服务。
永清石墨烯研究院在各级政府支持下、同各大石墨烯实验室、研究院等单位紧密合作,通过资源整合、共建共享,建设检测认证中心、技术开发中心和创业服务中心,打造功能全、智能化、数字化检测分析和中试研发平台,建设面积达2400平方米。
永清石墨烯研究院始终围绕服务石墨烯等新型碳材料的产业化创新,与清华大学深圳国际研究生院、北京石墨烯研究院、厦门大学、福州大学、深圳贝特瑞股份有限公司、深圳清新电源研究院、CSTM等数十家单位建立广泛的合作联盟。

碳 /碳复合材料的发展及应用研究

摘要

碳/碳复合材料作为新型结构材料具有优异的力学性能、低热膨胀系数、耐热冲击以及耐烧蚀等优异性 能,在较宽的温域范围内拥有较好的抗蠕变性能和较高的强度保留率,是新材料领域重点研究和开发的一类战略 性高技术材料。

本文阐述了碳/碳复合材料的优势以及综述了碳/碳复合材料的发展阶段,重点针对航空航天、光 伏产业、汽车、半导体、工业领域以及生物医学等领域进行应用探索,本文认为碳/碳复合材料正从过去的双元 复合逐步向多元复合的方向发展,未来碳/碳复合材料会向多功能复合材料方向发展,其应用领域也将更加广泛。

引言

碳/碳复合材料(C/C) 是以碳纤维或石墨为增强体的碳基复合材料,具有优异的力学性能,如高温下的高强度和模量,尤其是其随温度的升高, 强度不但不降低反而升高的特性,以及高断裂韧性、低蠕变等性能,加之具备具有低比重、高比强、高比模、低热膨胀系数、耐热冲击以及耐烧蚀等优异性能,在较宽的温域范围内拥有较好的抗蠕变性能和较高的强度保留率,是新材料领域重点研究和开发的一类战略性高技术材料。碳/碳复合材料的主要缺点是抗氧化性低,在高于900℉ (482℃) 的温度下与氧气发生反应,通常采用防护层等方法提升氧化保护。碳/碳复合材料是目前3000 ℃以上仍保有结构强度的唯一材料,其理论最高使用温度高达3500 ℃,由于其独特性能表现,已广泛应用于航空航天、汽车、光伏、半导体等领域。

碳/碳复合材料的发展史

全球碳/碳复合材料发展基本划分三个阶段: 从碳/碳复合材料发明到20世纪60年代中期,为基础工艺研究阶段; 从 20世纪60年代中期到90年代中期为应用开发阶段,主要应用于航空航天等领域; 90年代中期到2010年,为碳/碳复合材料民用领域开发应用阶段。2010年至今未发展成熟期,基本实现了应用的规模化和批量化。1958年美国 CHANCE VOUGHT实验室进行碳/ 酚醛实验时失误导致得到碳基体,碳/碳复合材料首次出现是航空实验室。

碳/碳复合材料一经问世 便受到世界科技工作者的广泛关注。60 年代末期,碳/碳复合材料发展成为工程材料,由于生产周期长,工艺过程复杂以及生产成本高,使碳/碳复合材料广泛应用受到了根本性的制约。70年代,伴随着现代空间技术对运载火箭、超高声速飞行器、固体火箭发动机及其喷管、喉衬等对材料性能要求不断提高,美、法、英、德、前苏联等国家相继对碳 /碳复合材料进行了研究,推出了碳纤维多向编织 技术、碳/碳复合材料致密化工艺,如高压液相浸渍工艺及化学气相浸渗法 ( CVI) 等不断发展并趋于成熟,为制造、批量生产和应用开辟了广阔的前景。20世纪80年代,碳/碳复合材料研究更加活 跃,在性能提高、快速致密化工艺研究及扩大应用等方面取得很大进展。美国橡树岭国家实验室及法国原子能委员会分别提出的热梯度强制流动 ( FCVI) 法及化学液相气化渗透法,大幅度缩短了传统等温 CVI 工艺的制备周期,大大提升了材料的制备 效率。同时,碳/碳复合材料抗氧化烧蚀技术也得到了应用,如美国NASA 将SiC /HfC 多层复合涂层碳/碳复合材料应用于 X-43A 高超声速飞行器的头部前缘和水平尾翼前缘上,该飞行器连续两次成功实现了6. 91Mach 和9. 68Mach的飞行试验。除了在国防、军事领域取得成功应用外,碳/碳复合材料在民用刹车盘方面也取得了规模化生产,全球最大碳盘生产公司有英国的BP公司、美国的Bendix、Goodrich和 Goodyear公司,法国Messier公司以及英国Dunlop公司。20世纪90年代开始,碳/ 碳复合材料成为了关键新材料之一。目前国外碳/ 碳复合材料研究主要集中在低成本制造、特殊环境材料失效行为、微尺度性能数据库以及在线损伤检测等方面,应用向精细化和多功能化发展,研究工作趋于细观和微观领域。

碳/碳复合材料的应用

航空航天应用

碳/碳复合材料在航空航天领域具有广阔的应用前景,已用于战略导弹端头、空天飞行器头锥、机翼前缘、热结构舱段,导弹发动机燃烧室、扩张段、喉衬以烧蚀环、防热/隔热部件,飞机制动盘,兵器火箭弹喉衬、喷管和机械紧固件等。2020年我国航天在新型火箭首飞、卫星导航系统、月球与深空探测与商业航天等领域取得了重大成就,航天产业飞速发展带来强大的市场需求。

飞机刹车制动盘

碳/碳复合材料产业化最成功的典型代表是碳/碳复合材料航空制动盘,飞机刹车盘为碳/碳复合材料在航空航天领域的主要应用方向,50%以上的碳/碳复合材料用于飞机刹车装置。碳/碳复合材料制作的飞机刹车盘重量轻、耐温高、比热容比钢高 2. 5 倍; 同金属刹车材料相比,可节省 40%的结构重量,使用寿命可提升5 ~ 7 倍,刹车力矩平稳,刹车时噪声小。华兴航空机轮公司、兰州碳素厂等单位是国内较早开展相关工作的单位。20世纪90年代以来,国内碳制动盘取得长足发展,我国军机陆续换装碳制动盘。2004年中南大学黄伯云院士及团队完成的碳/碳飞机制动盘项目首次成功应用于南方航空公司的A320飞机,获得国家技术发明一等奖。2005年2月西安超码科技有 限公司研制的B757-200型制动盘在上海航空股份有限公司的B757-200型飞机上使用,并成为国航西南公司、上海航空股份有限公司( 前)的唯一指定制动盘供应商。以博云新材为代表的碳/碳复合材料龙头企业已经成功地承担了我国大飞机C919刹车系统的生产。

我国碳制动盘市场需求量在不断上升,飞机刹车盘为高耗材产品,可分为粉末冶金、碳/碳及复合材料三类,粉末冶金刹车盘仅 250次起落就需更换,而碳/碳刹车盘性能优良可靠性 高,更换次数可达1,000次起落( 约飞行 3 年) ,现阶段广泛应用新型号飞机、军民用飞机刹车盘 ( 副) ,后续将成为飞机刹车盘的主流材料。根据中商产业研究院预测,2021年我国民用飞机总数量和民用运输飞机数量分别可达7,567架和4,457架。按照一个主机轮配置4 个碳/碳刹车盘,以及新飞机刹车盘1: 1.5配置、旧飞机刹车盘1:1配 置,未来我国刹车盘市场需求接近74244个,预计到2025年我国碳/碳刹车盘市场容量将超过45亿元。

热防护结构

在航空航天领域中,当飞行器进入大气层,摩擦产生的大量热将导致飞行器受到严重的烧蚀。为了降低飞行器烧蚀,需要构建有效的防热体系,如航天飞机和导弹的鼻锥、导翼、机翼和盖板等。纤维增强陶瓷基复合材料 ( CMC) 是制作抗烧蚀表面隔热板的较佳候选材料之一。推重比15-20高性能航空发动机的涡轮前温度将达到2200 K以上,连续纤维增韧陶瓷基复合材料耐温高,密度低,具 有类似金属的断裂行为,对裂纹不敏感,不发生灾难性的损毁,可代替高温合金作为热端部件结构材 料。CMC 的应用使发动机大幅度减重,节约冷却气或无需冷却,从而确保发动机高推重比的有关性能。美、英、法等发达国家以推重比9-10发动机 (如F119、EJ200、F414等) 作为CMC的验证平 台,主要验证的部件有SiC基CMC的燃烧室、涡轮外环、火焰稳定器、矢量喷管调节片和密封片,甚至整体燃烧室和整体涡轮等构件。碳化硅( SiC)基 CMC的关键制造技术包括纤维预制件的设计和制造、SiC 基体的致密化技术、纤维与基体间界面层和复合材料表面防氧化涂层的设计与制造以及构件的精密加工等。目前,欧洲正集中研究载人飞船及可重复使用的飞行器的可简单装配的热结构及热保护材料,C/SiC复合材料是其研究的一个重要材料体系,并已达到很高的生产水平。波音公司通过测试热保护系统大平板隔热装置,也证实了C/SiC复合材料具有优异的热机械疲劳特性。国内碳/碳复合材料产业化最早、目前在国防上应用及产业化程度最高的属固体火箭发动机用碳/碳复合材料喷管喉衬。1984年西安航天复合材料研究所研制的碳/碳复合材料喉衬材料成功参与我 国第一颗通讯卫星的发射,填补了碳/碳复合材料在国内喉衬领域应用的空白,西安航天复合材料研究所成为我国较大的固体火箭发动机壳体、喷管的研发生产基地。上海大学研制的各类碳/碳复合材料喉衬,在长征二号捆绑式火箭发动机、铱星、亚 星二号以及艾克斯达一号卫星发射中用于近地点发动机均获圆满成功。西北工业大学实现了高性能CVI沉积碳/碳复合材料喉衬的制备和批量生产,研发了 10余种型号的喉衬产品,成功应用于兵器、 航天等领域。在航天热防护材料及航空发动机热结构部件方面,北京航天材料及工艺研究所、西安航天复合材料研究所、中南大学、西北工业大学等单位均具备生产碳/碳复合材料大型复杂构件的能力。西北工业大学研制的碳/碳前缘模拟 件,在气流总焓为2650kJ/kg、气流速度为2040m/s的高超声速电弧等离子风洞中经历三次700s循环考核(累计时间2100s)后线烧蚀率仅为8.1×10-5 mm/s;研制的带涂层喷管试件在1600 ℃燃气风洞冲刷环境下抗氧化时间超过300h,可满足多方面的应用需求。

光伏行业

碳/碳复合材料在太阳能领域作为单晶硅炉、多晶硅铸锭炉及氢化炉热场材料使用。热场是用在光伏硅片拉晶过程中的耗材。光伏行业发展前期,其单晶拉制炉、多晶铸锭炉热场系统部件材料主要采用国外进口的高纯、高强等静压石墨。石墨热场系统产品具有成本高、供货周期长、依赖进口等特点,阻碍了光伏行业降成本、扩规模的发展进程,特别是随着单晶硅拉制炉的容量快速扩大,其已经从 2011年的16-20in热场快速发展到现在的26in和28in 热场,而等静压石墨作为由石墨颗粒压制成型的脆性材料,已经在安全性方面不能适应大热场的使用要求,在经济性方面也已经落后于碳/碳材料。随着国内先进碳基复合材料制备技术的发展,先进碳基复合材料成为降低硅晶体制备成本、提高硅晶体质量的最优选择,正逐步形成在晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的升级换代,目前主要应用于单晶拉制炉和多晶铸锭炉的热场材料。光伏行业竞争激烈,成本压力显著,碳/碳复合材料相比传统石墨材料具有更优异的保温性能、更高的强 度、更好的韧性,且不易破碎,可有效降低生产能耗、提升设备使用寿命,从而降低整个生产的成 本。碳/碳复合材料的可设计性很强,可以根据产品结构需要编织出任意尺寸和形状的增强体,其在光伏行业的应用主要包括 : 多晶硅氢化炉用内、 外保温筒、U 型加热器、保温板,多晶硅铸锭炉用盖板、坩埚护板、坩埚底托、保温板,直拉硅单晶炉用坩埚、导流筒、发热体、盖板、底托、内外保温筒等。目前,光伏行业用的碳/碳复合材料保温筒、发热体、导流筒、坩埚等在中环光伏、西安隆基、保利协鑫、昱辉阳光等企业都有所应用。西安超码科技有限公司、湖南南方博云新材料有限责任公司等单位在硅晶体生长炉碳/碳热场方面具备一定的 产业化规模。

汽车领域

在汽车制造领域,电动车轻量化、高端化趋势下,碳陶刹车盘有望批量导入碳/陶复合材料性能优异,刹车制动领域应用前景广阔。汽车和高速列车的刹车材料经历了从铸铁、合成材料、粉末冶金材料到碳/碳复合材料和碳/陶复合材料的发展。碳/陶复合刹车材料是在碳/碳复合刹车材料的基础上,引入具有优异抗氧化性能的碳化硅陶瓷硬质材料作为基体的一种刹车材料,既保持了碳/碳复合刹车材料密度低、耐高温的优点,又克服了碳/碳刹车材料静摩擦系数低、湿态衰减大、摩擦寿命不足及环境适应性差等缺点。相较于铸铁、粉末冶金等传统材料,碳/陶复合材料作为具有更好制动性能、更轻量化的摩擦制动材料,预计在新一轮的新能源汽车升级换代中拥有广阔的市场应用前景。(1) 更轻的簧下质量,提高续航里程车辆簧下质量减轻1kg相当于车身上减少5kg的效果。以380mm一对碳陶刹车盘重量为12kg,而一对380mm灰铸铁制动盘为32 kg为例,悬挂以下减少20 kg,相当于悬挂系统以上减少100kg重量效果。新能源电动车可以大幅提高续航里程。(2) 无高温衰减,更稳定的制动性能 一般来说,行驶中反复踩刹车将导致制动能力因为受热而明显损失。碳/陶材料刹车盘能够承受至少1650 ℃ 的高温,在高温环境中具有非常优异 的制动稳定性,可有效防止制动能力因为高热而衰减情况的发生。(3) 更短的制动距离,更长的寿命碳/陶材料制动产品具有稳定的摩擦系数,制动过程柔和,制动曲线平稳,刹车距离缩短30%。常规铸铁刹车盘使用寿命为10万公里,碳/陶刹车盘有非凡耐用性,正常使用终生免更换。2001年保时捷首次将碳/陶制动系统应用于汽车,装配在911GT2 型跑车上,911C4S从2002年11月提供选配。其他知名品牌汽车也陆续开始通过采用这一创新型刹车技术来提高车辆安全性并改善踏板舒适度。但 受限于碳/陶成本高,价格极其昂贵,例如全球知名的制动系统制造商Brembo提供的碳/陶刹车盘价格在12-16万元不等,此前应用仅限于部分高端跑车或改装车领域。新能源汽车高速发展,碳/陶材料有望迎来新机遇。轻量化可以有效提升整车的操控性和动力性,提高车辆的加速度性能,缩短刹车制动距离。电动车虽然没有传统的发动机和变速箱,但其携带的动力电池组在整车质量中占了很大比重。电动车想要提高性能,并超过燃油车,就必须发展轻量化结构。当纯电乘用车每减重10% ,电耗将会下降5. 5% ,续航里程也增加5. 5% 。碳/陶刹车盘可以有效降低簧下质量,提供更好的控制感和刹车体验。

半导体领域

碳化硅适用于高频、高压、大功率器件,将受益光伏风电、新能源汽车需求增长。碳化硅作为第三代半导体的核心,拥有较宽的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速率、较强的抗辐射导热能力等优点,是制作高温、高频、大功率、高压器件的理想材料之一。SiC功率器件将极大提高现有使用硅基功率器件的能源转换效率,主要应用领域包括5G 通讯、国防应用、航空航天、电动汽车/充电桩、 光伏新能源、轨道交通、智能电网等。随着国内外新能源车和光伏发电等下游需求不断增长,对功率器件和衬底材料的功率及频率适用性要求也不断提高,SiC衬底的市场规模有望快速增长。SiC衬底占器件成本的50% ,一般采用PVT法制备。SiC衬底的制造是产业链技术壁垒最高、价值量最大环节,约占SiC器件制造成本的50% 。SiC单晶制备又是衬底的基础,目前国内主流商用SiC单晶生长均采用物理气相传输法( PVT),将SiC高纯粉末放置在圆柱形致密的石墨坩埚底部,SiC籽晶放置在坩埚锅盖附近,坩埚通过射频感应加热至2300℃-2400℃,并有石墨毡或多孔石墨绝热,通过选择合适的频率避免对该绝热层直接加热。籽晶温度设定在比源温度低约100 ℃,这样使升华的SiC物质可在籽晶上凝结并结晶。PVT工艺难度较高,未来仍需进一步降低成本。

其他领域

在工业领域,碳/碳复合材料可作为柴油机活塞、连杆材料、高温紧固件等使用,碳/碳复合材料柴油机部件可使其使用温度由原来的300℃提高至1100 ℃,同时其密度低,减少了能量的损失,热机效率可达48% ; 由于碳/碳复合材料热膨胀系数较低,在有效温度内可不使用密封环等材料,简化了构件结构。由于碳/碳复合材料具有与人工骨相近的弹性模量及生物相容性,具有广阔的应用前景。最早临床用碳质人工骨由吉林碳素厂研究所提供,碳质人 工骨包括: 碳质股骨头、股骨上下端、桡骨上下端、下颌骨、颅骨、肋骨等10余个品种。山东大学研究发现: 碳/碳复合材料有利于促进骨组织的生成,并且在碳/碳表面制备 CaP涂层效果更佳显著。由于未经处理碳/碳复合材料为生物惰性材料,为使其具有一定的生物活性,必须对其进行表面处理。西北工业大学进行了系列羟基磷灰石(HA)涂层研究,很好地解决了碳/碳复合材料的生物惰性问题。

结语

总之,碳/碳复合材料具有高比强度、高比模量、耐磨损、耐疲劳、耐腐蚀等优点,在航天航空、光伏等行业领域应用广泛。碳/碳复合材料正从过去的双元复合逐步向多元复合的方向发展,未来碳/碳复合材料会向多功能复合材料方向发展,其应用领域也将更加广泛。

来源:纤维复合材料

作者:迟波,于博

 

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

石墨烯改性纤维是一种通过将石墨烯材料与各种化纤复合,以提升纤维性能的新型功能性纤维。石墨烯因其独特的物理和化学性质,如高导电性、高强度 、良好的热稳定性等,被广泛应用于纺织领域,用于提高纤维的机械性能、电学性能、热学性能等。

SN/T 1690.3-2019
新型纺织纤维成分分析方法 第3部分:石墨烯改性纤维的定性鉴别

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

范围:石墨烯改性锦纶纤维、石墨烯改性粘胶纤维和石墨烯改性聚酯纤维的定性鉴别。

鉴别方法:

  • 显微镜法:生物显微镜观察纤维的纵面与横截面。
  • 溶解法:通过将纤维溶解,观察溶解情况进行鉴别。
  • 拉曼光谱法:不同物质有不同的拉曼光谱图。利用这种原理,将未知纤维与已知纤维的拉曼光谱进行比较来区别纤维的类别。

特点:为石墨烯改性纤维提供了明确的鉴别方法,有助于确保产品质量和一致性,但可能存在精确度不足等问题。

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

石墨烯改性纤维横截面和纵面形态特征表

T/CCFA 00012-2022
纤维中石墨烯材料定性鉴别方法

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

范围:适用于聚酰胺6纤维或聚酯纤维中石墨烯材料的定性鉴别方法。

鉴别方法:

  1. 先通过拉曼光谱判断纤维中是否存在碳材料,即当G峰存在时,基本可认为是含有sp2共轭结构的碳材料,呈现明显G峰则证明为主体为碳材料。
  2. 其次利用原子力显微镜,通过定量测定样品的厚度和高度信息,从而可以判断是否为二维材料:当材料的横向尺寸为纵向尺寸的10倍及以上为二维材料
  3. 最后由X射线在晶体物质中的衍射效应进行物质结构分析的技术,特别适合于表征石墨烯材料的层间距、还原程度和堆叠状态。

X 射线衍射曲线满足“在26°~27°无明显峰或衍射峰半峰宽大于 2.3°,判定为“推测该纤维含石墨烯材料”。

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

特点:该标准采用了多种技术手段进行综合鉴别,提高了鉴别的准确性和可靠性。与此同时,这种综合方法可能会面临增加测试的成本和复杂度等问题。

T/CNTAC 21-2018 
纤维中石墨烯材料的鉴别方法 透射电镜法

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

范围:

规定了透射电镜法鉴别纤维中石墨烯材料的试验方法,包括溶解提取超薄切片两种制作试样的方法。

其中,溶解提取法适用于主体材料能够被溶解的纤维,超薄切片法适用于易制成超薄切片的纤维。

鉴别方法:

通过溶解提取和超薄切片制作试样,利用透射电镜测试聚集体 C 原子含量,从边缘观察其层数,对聚集体进行定性分析。

含有石墨烯材料聚集体数量占选取聚集体数量的百分含量≥60%时,可判断该纤维含石墨烯材料。

特点:能够直观地观察到石墨烯材料的存在,对于易制成超薄切片的纤维尤其适用。但透射电镜法可能需要专业的设备和技术知识,且对样品的处理过程较为繁琐。

T/CNTAC 70-2020
纤维中石墨烯材料的定量分析 元素分析法

标准解读||究竟如何鉴别纤维中的石墨烯材料?

范围:适用于含石墨烯材料的聚酯纤维、聚酰胺纤维和粘胶纤维及由其构成的面料,含石墨烯材料的其它纤维及其构成的面料可参照执行。

鉴别方法:

首先需按T/CNTAC 21对样品进行定性测试,确定样品含石墨烯材料

将含石墨烯材料的纤维样品溶解,通过高速离心分离后提取离心管中的残留物质,再利用元素分析仪对残留物质中碳元素定量分析,最终确定纤维中石墨烯材料的含量。

特点:可检测出纤维中石墨烯材料的含量,且具有一定的准确性和可靠性,但测试方法较复杂、测试成本增加。

 

来源:石墨烯材料标准化与检测评价

资讯汇总4.22

1、常州西太湖(深圳)协同创新中心启动

常州西太湖(深圳)协同创新中心4月13日在深圳启动。中心将通过构建高效协作的平台载体,推动双方在产业链、创新链、资金链方面深度融合,打造“政产学研资”紧密合作的创新生态。

常州西太湖(深圳)协同创新中心设在深圳麦科田生物医疗技术股份有限公司。常州西太湖科技产业园派出相关工作人员常驻中心,与深圳企业深入对接,推进产业创新联动,同时为在常落地的深圳企业提供前沿服务,搭建互利共赢的桥梁和纽带。

来源:常州日报

2、北京锚定重点产业 打造绿色低碳新动能

近日,北京市经济和信息化局发布《北京市促进制造业和信息软件业绿色低碳发展的若干措施》,将大力推进产业绿色低碳转型,通过梯度培育促进制造工厂全面绿色达标。

《若干措施》提出,加强氢能、储能领域先进技术、材料和装备研发,加快新型电力系统技术研发应用,推动产业化项目落地;大力发展新能源智能网联汽车,聚焦纯电动、氢燃料电池、智能网联等新兴领域,支持多品种、多技术路线并行发展;推动工业互联网、大数据、人工智能、第五代移动通信等新兴技术与绿色低碳产业深度融合,形成产业增长新动能。

随着技术创新,一批绿色的未来产业也正在崛起。本市将培育碳捕集封存利用产业,推动石墨烯在新能源、节能环保领域规模化应用,氧化镓材料在光伏、风电、新能源汽车等方向应用,超导材料在加速器、单晶硅制造等领域的推广应用。“我们将充分发挥绿色金融支撑引导作用,推动制造业和信息软件业企业绿色低碳转型升级。”相关负责人说。

来源:北京日报

3、海虹老人创新石墨烯技术产品首次为风电项目提供防护

苏州格瑞丰的战略合作伙伴—海虹老人,首次将创新石墨烯技术产品规模应用于风电项目。替代传统环氧富锌,为客户风电塔筒提供长效防护。

海虹老人创新石墨烯技术产品——老人牌环氧石墨烯锌粉底漆540,首次实现风电项目的规模应用,替代传统环氧富锌漆,为客户风电塔筒提供长效防护。

老人牌环氧石墨烯锌粉底漆540优异的性能得到了明阳智能的认可,并最终成功应用于华润电力梧州藤县天平200MW风电储能一体化项目,为该项目40台5MW风机塔筒提供防护。

来源:苏州格瑞丰graphene石墨烯

4、产业合作||石墨烯农业技术交流与合作研讨会成功举办!

2024年4月17日,由华清石墨烯联盟与北京现代温室产业协会共同组织、北京鑫福农业承办的石墨烯农业技术交流与合作研讨会,在北京市通州区永乐店镇大务村村史馆顺利召开。

来自北京市农业技术推广站、北京现代温室产业协会、北京鑫福农业、北京十玉兴邦农业、北京新希望、北京绿能嘉业、北京石墨烯研究院、苏州高通、宁波烯材、南京源昌、深圳华烯等近30名与会代表参与了本次会议,联盟秘书长 戴石锋主持会议。

(1)与会单位一致同意筹建石墨烯农业技术合作委员会,该委员会由农业公司牵头,拥有各种农业技术的石墨烯企业参与。农业公司负责农业技术需求的提出,积极示范应用有价值的石墨烯农业技术,定期反馈示范应用的数据和结果。此外,该委员会根据大家的需求,组织石墨烯农业技术研讨会、推广会及行业自律建设,石墨烯联盟将安排专人负责收集分享石墨烯农业技术的最新动态、委员会内企业的互助合作等,助力形成良好的石墨烯农业技术产业合作生态。

(2)鑫福农业愿意担任拟筹建的石墨烯农业合作专委会的第一届牵头单位,立即开始示范应用本次会议中部分企业分享的农业技术,并按照专业的数据采集方法记录,反馈给石墨烯联盟。对于具有广泛应用价值的石墨烯农业技术,鑫福农业公司也有兴趣与石墨烯企业一起向北京地区其他有需求的农业公司进行推广。

来源:石墨烯材料标准化与检测评价

5、松绑减负、轻装快跑,北京科研“包干制” 掷地有声

2016年,北京市政府大胆创新,与北京大学共同支持中国科学院院士、北京大学纳米科技研究中心主任刘忠范牵头成立北京石墨烯研究院,开展石墨烯关键共性技术及工程化攻关。

据北京市科委、中关村管委会相关负责人介绍,北京石墨烯研究院正式运行时,北京市就设置独立科技专项,逐年滚动支持研究院开展技术攻关、人才培养、平台搭建,打造坚实的石墨烯优势基础,保障研究院发展“生命线”,让科研人员得以持续、稳定地开展研究工作。

随着北京石墨烯研究院成为首个“独立法人研发机构科技专项”的经费“包干制”试点,研究院300多名科研人员创新活力被进一步激活。

北京石墨烯研究院院长刘忠范介绍,北京市科委、中关村管委会将项目选择权交给了研究院,只按“负面清单”进行管理。研究院不再需要将每个项目都向北京市科委、中关村管委会进行申请,也不再需要单独编制预算,而是可以按发展方向进行总体布局,改变了过去有可能存在的研究碎片化的问题。

与研究院同步成立的北京石墨烯研究院有限公司,2022年也实现全年营收6000余万元,较2021年提升超过5倍,并先后获得“国家级高新技术企业”“中关村高新技术企业”、北京市“专精特新”企业等多个荣誉称号,产业化发展迈上快车道。

2023年3月,北京石墨烯研究院首轮“包干制”项目通过专家验收,并被评为优秀。

“设立不能触碰的‘红线’,经费使用大胆放权。”在刘忠范看来,“包干制”就是适应科研活动特点和科研创新规律的政策。

6、国家石墨烯创新中心举行石墨烯产业技术应用对接会

4月18日,为加强与企业的技术交流及合作,促进石墨烯产业技术成果转移扩散和助力传统产业创新发展,国家石墨烯创新中心举行石墨烯产业技术应用对接会。

座谈会上,氮化物半导体功率外延片项目、石墨烯RFID电子标签项目、石墨烯改性涂料项目、石墨烯铜线项目等项目总监分别作技术成果及应用领域介绍。企业代表表达了企业转型升级,产品迭代过程中对创新技术及寻求合作的需求和想法。现场,与会人员就应用方向、市场需求、技术细节等进行交流和探讨。

来源:国家石墨烯创新中心

资讯汇总4.15

1.三明全市石墨和石墨烯特色产业链工作推进会召开

4月10日,全市石墨和石墨烯特色产业链工作推进会在永安召开。市政协党组书记、主席,市石墨和石墨烯产业链总链长宋志强出席会议并讲话。

在认真听取有关情况和与会同志发言后,宋志强强调,要贯彻落实全市特色产业链“延链补链强链”工作专题会议精神,增强发展信心、压实工作责任、 用心服务企业,加快培育新型碳材料新质生产力,着力打造全市工业经济发展的“新引擎”。要深入实施 “链式”发展策略,加快结构调整、产业升级,实现更多产业链新增长点。要加快培育“补链”骨干企业,精准招商引资,构建完整、稳定产业链条,不断提升我市石墨和石墨烯产业链供应链韧性和安全水平。要聚力搭建“强链”科创平台,积极争创省级及以上创新平台,探索在上海设立离岸创新中心,打通科研、人才与产业通道。要精心打造“育链”服务生态,对照产业链专项规划、实施方案、若干措施,主动作为、靠前服务,高质量完成目标任务,助推三明革命老区高质量发展。

来源:三明日报

2.北京市发布《北京市石墨烯产业发展实施方案(2024-2028年)》(征求意见稿)

为落实市政府《北京市促进未来产业创新发展实施方案》,推进以石墨烯为代表的未来材料产业在京创新发展,近期北京市经济和信息化局牵头编制了《北京市石墨烯产业发展实施方案(2024-2028年)》(征求意见稿),现向社会公开征求意见,公开征集意见时间为:2024年4月11日至4月17日。

来源:北京市政府网站

3.深圳召开2024储能材料国际研讨会暨深圳国际石墨烯论坛

2024年4月11日,2024储能材料国际研讨会暨深圳国际石墨烯论坛在深圳大学城国际会议中心盛大开幕。

本届论坛是在深圳市科技创新局和深圳市南山区人民政府联合指导下,由清华大学深圳国际研究生院、中国科学院金属研究所、中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所、深圳盖姆石墨烯中心共同主办,广东省石墨烯创新中心、深圳理工大学、先进电池材料产业集群、深圳市电源技术学会、爱思唯尔出版社、英国物理学会(IOP)出版社、国家技术标准创新基地(深圳)、深圳西丽湖国际科教城X9高校院所联盟和深圳市电化学储能产业联盟共同协办。来自国内外学术界、企业界、政界的各方超800名参会代表云集深圳,系统研讨储能材料、纳米碳材料、以及石墨烯等二维材料作为基础材料在储能、显示和电子电路、传感器、新能源汽车等领域交叉融合产生的重大科研成果和技术突破。

来源:深圳国际石墨烯论坛

4.常州第六元素“薄层高质量粉体石墨烯工程研究中心”列入2024年常州市工程研究中心名单

根据常州市发展改革委《关于同意建设2024年常州市工程研究中心的通知》,常州第六元素“薄层高质量粉体石墨烯工程研究中心”列入2024年常州市工程研究中心名单。该中心

围绕我国战略性新兴产业的产业发展中的新材料石墨烯粉体材料其纯度和质量等问题,针对石墨的深度插层和高解离率的制备技术的迫切需求,建设薄层高质量粉体石墨烯工程研究中心研发平台,开展薄层可控生产技术工艺、清洁化生产工艺等研究,突破氧化过程中深度插层技术、还原过程中深度解离技术、薄层高质量石墨烯的清洁化生产技术等关键技术,平台建设新增总投资580万元,建设期2023年–2026年,具体建设内容包括1、开展薄层可控生产技术工艺研究,优化现有的生产工艺;2、完成清洁化生产工艺,开展降低原料与氧化剂配比的研究;3、通过薄层可控生产技术,提升粉体石墨烯在某一特定应用领域的性能。

5.Nature | 普林斯顿大学:石墨烯最新发现!

普林斯顿大学物理系Ali Yazdani教授团队发题为“Direct observation of a magnetic-field-induced Wigner crystal” 在Nature顶刊。他们在二维材料领域开展了深入的探索和实验研究。具体而言,他们关注于磁场诱导的维格纳晶体在Bernal堆叠双层石墨烯中的行为。受到维格纳晶体在库仑相互作用远远大于动能时形成的基本原理的启发,研究者开始尝试在高分辨率的扫描隧道显微镜下直接观察这一现象。通过在不同的电子密度、磁场和温度条件下进行测量,他们试图理解维格纳晶体的形成条件、结构特性以及与其他电子相互作用的竞争关系。

研究发现,在高磁场和低温度条件下,Bernal堆叠双层石墨烯中的电子确实形成了三角晶格的维格纳晶体。这一发现不仅直接证实了维格纳晶体的存在,还提供了关于其结构和稳定性的重要信息。此外,研究还发现,随着电子密度或温度的增加,维格纳晶体会熔化成液态相,并展现出具有周期性结构的调制特性。在低磁场下,维格纳晶体还出现了意料之外的条纹相,这为作者理解维格纳晶体在不同条件下的行为提供了新的视角。

来源:低维材料前沿

6.石墨类两用物项出口许可申请业务培训会在北京召开

为了进一步贯彻落实石墨类两用物项出口管制政策,提高企业申请材料质量,准确把握申报程序流程、夯实业务水平,提高出口许可证申办效率。4月12日,由中国非金属矿工业协会组织的“石墨类两用物项出口许可申请业务培训会”在北京成功举办,来自石墨生产、出口经营的协会会员企业近40人参加了培训。会议邀请了商务部安管局许可处负责石墨类两用物项出口许可审查的胡炜处长为大家授课并答疑交流。

通过本次培训,企业代表系统地学习了出口管制法、两用物项和技术进出口许可证管理政策、石墨出口许可办理流程、材料要求、审批过程、许可申请典型错误与问题分析以及两用物项出口经营者建立出口管制内部合规机制和两用物项和技术出口通用许可管理办法等内容。参会代表纷纷表示,通过培训收获很大,为日后的石墨出口许可申报工作开展起到了良好的指导作用。

来源:中国非金属矿工业协会

7.达成合作!镇海新能源企业与顺丰冷运成功试点,城市全冷链配送服务成为现实

镇海企业宁波烯冷新能源科技有限公司(以下简称“宁波烯冷”)日前与顺丰冷运达成合作,共同推进城市冷链配送“最后一公里”试点项目。

据宁波烯冷销售部经理罗顶辉介绍,这个大冰箱不简单,它是该公司自主研发的石墨烯产品一体式烯冷滚塑冷藏箱。这个产品历经两年时间研发,运用到石墨烯散热涂层,具有快速制冷、保温性能好、强度高的优势,可以应用于多个场景。目前,该公司与欧铃汽车(吉利)、蒲菱汽车(五菱)、金彭集团等十余家大型企业达成合作,共同开发多款冷链车型,并且热销海内外。

来源:镇海新闻网

8.中国科学院院士刘忠范考察烯旺科技,就石墨烯产业发展深入交流

2024年4月12日上午,中国科学院院士、北京市政协副主席、北京石墨烯研究院(BGI)院长刘忠范来到烯旺科技进行考察。

刘忠范院士就石墨烯产业发展的前景及市场、重要战略意义进行深入交流,同时对烯旺科技近年来在石墨烯产业发展及医疗层面的成果表示高度赞扬。

刘忠范院士首先参观了烯旺科技展厅,全面了解了烯旺科技在石墨烯医疗、发热护具、能量房、服饰家纺、美容,石墨烯电采暖设备、石墨烯改性涂料应用研发,以及石墨烯中医热敏灸产业化合作等方面的发展成果,对我国目前石墨烯应用前景和当今市场发展情况进行了交流。

来源:烯旺石墨烯

锂电池的三大碳材料机遇!

锂电池是新能源汽车的“心脏”,为了提升续航、快充等能力,原材料一直在不断改进优化。4C快充2024年有望加速渗透至10-20万车型,对应包覆负极、导电炭黑及硅碳负极等需求提升较大。

一、包覆石墨

负极对锂离子的快速接收能力影响电池快充。从微观角度看,锂离子在正负极之间移动就是电池的充放电过程,锂离子在正极与负极之间的脱嵌速度便决定了电池的充电速度。充电速率增大,会出现产热的安全问题,这制约着超/快充的应用。

沥青包覆是当前包覆石墨的主流方案。在负极表面进行碳包覆可以保护负极。使用碳包覆是目前最常见的改性措施,其具体方式是以沥青等作为包覆原料并与石墨颗粒混合后再经炭化,进而在负极石墨表面形成碳包覆。

煤基沥青包覆材料的优点在于原料易得,成本低,但产品中的杂质过高,影响负极使用寿命。石油基沥青生产出的产品杂质含量远低于煤基沥青产品,包覆效果更佳。

不同包覆量碳包覆石墨的倍率性能(单位:%,mAh/g)

资料来源:《锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究》李红菊等

普通电池中包覆沥青使用比例约11%,快充电池中的需求比例将进一步提升。石墨负极包覆沥青的过程主要包括:一次造粒、二次造粒、石墨化、包覆碳化等,其中二次造粒、包覆碳化环节将分别添加4%-6%、5%-7%的包覆沥青,综合添加比例约为11%。在快充电池中,包覆沥青的使用比例将进一步提高,同时对高温包覆沥青的需求也将增加。

信德新材为行业龙头企业,供给市场较为分散。信德新材为行业龙头企业,产能为7万吨/年,产能占比37.23%。还有辽宁鑫瑞嘉、山东常任、新疆中碳、辽宁润兴等企业分别占有不同市场份额,供给市场较为分散。

预计2024-2026年,动力电池对包覆沥青总需求量分别为8.39、11.11、14.47万吨,分别同比+40%、+32%、+30%。

除沥青包覆以外,还能以乙炔或甲烷为碳源用 CVD 法做碳包覆;也可用液相法,包覆在负极材料表面的聚合物碳化完成碳包覆。

二、导电剂

导电剂可以提高导电率,快充需求将推动导电剂产量进一步增长。碳系导电剂从类型上可以分为导电石墨、导电炭黑、短切碳纤维、碳纳米管和石墨烯五种。据GGII数据,2021年我国动力电池导电剂占比中,导电炭黑占比高达60%,碳纳米管占比27%,石墨烯和导电石墨占比分别为8%和4%。

资料来源:GGII,华经情报网

锂电池爆发式增长带动导电炭黑增长。在锂电池的极片制作时加入一定量的导电剂,可以增加导电性,提高电池充电效率和延长电池使用寿命。

中高端导电炭黑长期依赖进口,国产替代进程有望加快。海外企业(法国益瑞石、美国卡博特、日本狮王)的扩产速度相对较慢。锂电池企业最常使用的 SP 导电炭黑全球仅法国益瑞石供给,近年无新增产能投。2021-2022年价格出现大幅增长,2023年虽有回落,导电炭黑价格仍保持较高水平,乙炔黑价格维持在9.25万元/吨。

国内的炭黑企业逐渐开始布局,22年开始加速国产替代,国内企业主要包括黑猫股份、焦作和兴、无锡东恒等公司。锂电池需求增长有望带动导电炭黑国产替代化加速。

导电炭黑主要以乙炔法和油炉法生产。相较于乙炔法,油炉法的优势在于反应时间短、杂质含量少、产品均一性较好,如SP的主流生产工艺便是采用油炉法生产。油炉法更适用于生产高性能导电炭黑。

三、硅碳负极

目前以石墨负极为主流,但已接近性能极限,续航和补能焦虑依然是制约消费者选择新能源汽车的关键要素。具备高比容量和优异快充性能的硅基负极材料是未来最有可能大规模应用的新型负极材料。

硅资源储量丰富,硅碳材料能大幅提升电池能量密度,且安全性能高,快充性能优异。

硅碳负极经过近两年的发展,产业链成熟度显著提升。

从技术层面看,2006年贝特瑞获得第一项发明专利;2016年韩国研究所(UNIST)通过化学气相沉积 CVD技术制备得到了硅碳复合材料,可实现批量生产;2022年美国Group 14推出了新一代气相沉积硅碳材料。天目先导高端纳米硅碳负极材料核心技术由中科院物理研究所在全球范围内率先提出,并成功实现产业化。

从行业层面看,2019年小米率先在行业内将硅基负极材料应用在智能手机上;2020年特斯拉4680电池发布,采用“高镍正极+硅碳负极”组合;2023年荣耀Magic5 Pro首次在手机行业中商用硅碳负极电池技术。

2023年下半年以来,特斯拉、蔚来、智己等品牌旗下车型纷纷搭载硅碳负极动力电池,硅碳负极高性能动力电池装车持续升温。头部电池企业率先布局硅碳负极电池产能,主流负极材料企业积极建设硅碳负极材料产能。

2023年硅碳负极材料出货量增长明显,渗透率进一步提升。随着硅碳负极逐渐接替石墨作为电池负极的重要材料,以及硅碳负极材料在技术、成本方面的进一步突破,硅碳负极逐步走向产业化的发展趋势。

从提升能量密度的角度出发,材料厂商倾向于气相沉积(CVD)法的硅碳路线。现有硅碳负极是用传统研磨法生产。研磨法下硅颗粒尺寸较大(通常在100nm以上),膨胀问题难以解决,CVD法生成的复合材料膨胀率更低,循环性能得到显著提升,可以更好的发挥硅碳负极高容量的性能优势,待产品成熟,规模化降本后有望大批量应用。

流化床沉积设备生产商主要为国内领先企业苏州纽姆特,其连续化开发速度处于行业领先地位。

多孔碳的性能直接决定硅碳负极性能,且占生产成本的35%。气相沉积硅碳的技术壁垒和产业化难点主要在于多孔碳的选型、沉积设备和沉积工艺三个主要方面。

其中多孔碳的性能直接决定硅碳负极性能,不同多孔碳需要和不同的石墨作为匹配,才能表现出良好的性能。不同场景下的碳骨架孔径、孔容、孔隙率要求均不一样,性能差异极大,需要专业的电芯设计人员配合才能完成开发。硅碳负极的主流厂家,正在解决多孔硅碳的问题,提升材料性能,加快多孔硅碳的商用化进程。

元力股份公司依托自身活性炭生产技术优势,朝新能源碳材料领域进军。公司专注于活性炭、硅酸钠、硅胶的生产、销售、研发创新工作,2021年公司活性炭产品市占率超过30%,为活性炭行业龙头企业。公司目前将基于自身活性炭生产技术优势,布局多孔碳产能。

快充发展大势所趋,上游碳材料乘着东风扶摇直上,百家争鸣,迎接新的机遇。