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2025-04-16 39 汽车行业报告
导电炭黑的性能主要由结构性、比表面积、磁性杂质含量决定。1)结构性:通常用吸油值 表征,表明了炭黑粒子与粒子之间聚结成链状的程度,结构性越高,越容易形成难以破坏 的导电网络通道,导电性越好。但是吸油值高的导电炭黑对聚合物粘结剂、液态和聚合物 电解质的吸附能力比较强,分散性较差。2)比表面积:比表面积越大,与正极活性颗粒的 接触面积越大,越有利于充放电过程中的电子传输。3)磁性杂质含量:一般要求控制在 20ppm 以内,含量过高会造成电池内短路而出现自放电现象,从而降低安全性。锂电级导电炭黑的性能要求较普通炭黑更高,产品性能从低到高可以分为乙炔黑、SP、科 琴黑。普通炭黑的吸油值一般不超过 100,普遍位于 45-95,且比表面积小;而锂电级导电 炭黑要求吸油值高于 250。由于市场定位偏差,国内炭黑企业布局较晚、技术积累不足,导 电炭黑主要依赖海外进口。国内导电炭黑的吸油值普遍位于 140-280,吸油值超过 280、性 能更优的导电炭黑仅有少数企业可以生产。三种导电炭黑产品中,SP 同时具备较好的电导 率与可分散性能,综合性能较好。较高性能要求下,锂电级导电炭黑的生产工艺较普通炭黑需要特别设计。炭黑的生产工艺 可以分为“不完全燃烧法”和“热裂解法”两类。不完全燃烧法(热氧化分解法)包括油 炉法、气炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法;热裂解法包括热裂法、乙炔法 和等离子法。
其中,油炉法具有工艺调节方法多、热能利用率高、能耗小及成本低等特点, 是炭黑的主要生产工艺,SP、科琴黑通过油炉法制备,乙炔黑采用乙炔热裂解法。反应炉是重要反应设备,是导电炭黑生产的核心壁垒。同样采用油炉法,锂电级导电炭黑 和普通炭黑生产流程中的区别主要在于,1)设备精度:导电炭黑的生产线和普通炭黑差别 不大,都包含原料油的燃烧裂解反应以及后处理。差别主要在于导电炭黑的设备精度要求 高,反应炉的设计为制备导电炭黑的关键。生产导电炭黑所用的反应炉一般在普通炭黑的 基础上进行改造。 反应炉主要包括燃烧段、喉管段、反应段、急冷段、气化停留段。燃料在燃烧段燃烧为炭 黑裂解反应提高能量,喉管段为原料注入段,反应段是炭黑不完全燃烧和裂解的区域,急 冷段通过水终止炭黑生产反应(炭黑在此阶段进行表面氧化反应),气化停留段为炭黑烟气 形成区。影响炭黑质量主要集中在燃烧室和喉管段,炉头中的喷油嘴等部件精度非常关键。 燃烧室内燃料燃烧不充分,燃烧气流温度不高、流速低,喉管段内的原料油雾化程度不佳, 反应温度和压力不均,以及喉管原料油喷入位置布局不佳,均会影响炭黑产品品质、品种 的生产,导致效益不佳。
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