东方材料：固态电池CNTp-3D集流体
固态电池CNTp-3D集流体交流纪要
1、3D集流体定义与原理
·技术核心任务：3D集流体核心任务是替代锂、钠等多种电池的导电集流体与负极材料。如锂电池，当前负极是石墨涂覆铜箔，3D集流体目标是替代铜箔和石墨。硅碳、石墨、硬碳等负极材料未来会被其替代，它是负极与导电集流体的双重替代产品。
·与复合集流体对比：3D集流体与市场热炒的复合集流体结构差异显著。以宁德时代专利为例，复合集流体是在高分子材料表面沉积金属锂/铜，用于替代纯铜和纯铝集流体。3D集流体是纳米碳纤维涂覆铜/铝纤维，不仅替代铜箔或铝箔，还替代石墨等传统负极材料，实现双重替代。
·工作原理说明：结合电池结构理解3D集流体工作原理。传统锂离子电池负极用铜箔涂布石墨，石墨通过层间0.34纳米空隙储存锂离子。3D集流体用纳米碳纤维构建“碳巢”，充电时，锂离子从正极经隔膜、电解质到负极，在3D集流体表面生成金属锂并储存于内部。该原理也适用于钠、钾电池。
2、3D集流体核心优势与瓶颈
·能量密度提升：3D集流体显著提升电池能量密度。对比传统石墨负极，特斯拉4680第一代石墨负极（含铜箔、石墨）厚219微米，3D集流体仅60微米，体积大幅下降。重量上，3D集流体20克/平方米，石墨负极超300克/平方米。体积与重量的优化，使电池的体积和重量能量密度均翻倍。
·解决金属锂负极问题：金属锂负极充放电时有枝晶、粉化、死锂、体积膨胀等安全隐患。3D集流体通过红纤维与纳米纤维形成负极侧集流体，充电时锂离子在集流体内部沉积金属锂，原位生成金属锂电池，抑制了上述缺陷，提升电池安全可靠性。
·产业化关键瓶颈：当前3D集流体技术进展关键在电解质环节。采用3D结构体的钠电池能量密度超205瓦时每公斤，3D集流体适配任意正极材料。但大规模产业化重点在于电解质性能，涉及固态、凝胶态、半固态等电解质开发。
3、产业化进展与应用场景
·研发与合作历程：3D集流体技术于2014年开发，2016年申请国家发明专利，2019年5月31日获中国发明专利授权。2019年起与中科海钠胡永胜团队合作研发锂电池、钠电池，胡永胜团队在钠电池领域率先取得突破。2020年相关研究投稿至《Nature Materials》，2022年合作成果公开发表于该期刊。钠电池通过研发六氟磷酸、四氟硼酸钠加醚类电解质溶剂的复合电解液，实现循环寿命超千次，能量密度达205瓦时每公斤，相关内容于2022年6月发表在《Nature Energy》第6期。
4、与传统碳纳米管的区别
·价格与应用差异：3D集流体材料与传统碳纳米管在价格与应用场景上存在显著差异。价格方面，3D材料售价为每公斤1500元人民币，主要配套客户包括中航锂电洛阳、洛阳储变电、杭州万向A23；而传统碳纳米管售价为每吨4.5万至40万元不等。应用场景上，3D材料过去十年间重点用于高功率锂离子电池的正极、负极添加剂，适用于需要快充快放的电池场景；传统碳纳米管99%以上用于能量型锂离子电池的正极添加剂，无法用于负极，因其结晶度不高、活性大、比表面积大、缺陷多，用于负极会导致电池首次充电消耗大量锂（首效低）。市场规模方面，目前作为锂电池正极添加剂的传统碳纳米管市场规模约20亿。技术来源上，传统碳纳米管核心技术源自清华大学魏飞教授的流化床法合成技术，该技术2007年获中国发明专利授权，专利申请时间早于2007年，目前已处于到期阶段，国内约有四五十家企业生产类似产品。
·结构与性能差异：两者在合成方法与微观结构上存在本质区别。传统碳纳米管采用流化床法合成，以陶瓷为基材，表面沉积金属化合物，经高温氢气还原为金属单质后，通入碳氢化合物裂解生成碳纳米管，形成以陶瓷球为核心、表面覆盖绒球状碳纳米管的“毛线球”结构，内部含陶瓷和催化剂。使用时需先用酸清洗，再通过砂磨剪切将毛线球切成段，形成分散液（固含量4%-5%）。其微观结构导致比表面积较大（每克200 400平方米），缺陷多、活性大。3D材料合成方法与流化床法不同，生产出的是直且粗的纤维状纳米碳纤维，高度纯化后无缺陷，比表面积仅为每克20平方米，结晶度高。基于此，3D材料可用于传统碳纳米管无法应用的高功率电池场景（正极快放、负极快充）。进一步升级的3D集流体可作为锂电池负极侧主材，全面替代石墨硅碳，而传统碳纳米管不具备此功能。
5、与东方材料的合作规划
·合作协同效应：与东方材料的合作基于多方面协同效应。首先，双方产品工艺契合：东方材料的导电油墨与公司的导电分散液（CTP分散液）属同类产品，生产流程类似，差异仅在碳纳米管来源（东方材料用外部的，公司用自主的）。其次，资源复用性强：东方材料的设备、工厂、人员可直接切换生产高功率电池用CTP分散液（原用于能量型电池添加剂，现用于快充快放电池）。此外，其化工园区厂房可满足公司千吨级干粉产能对应的万吨级NMP有机溶剂需求，利于产能扩张。对东方材料而言，合作可升级其厂房、土地、设备以生产高附加值产品。
·合资公司进展：滕州合资子公司规划进展：成都原项目为3万吨油墨加3万吨胶粘剂项目，建设因疫情耽搁，2025年初完成手续及产权转移。目前厂房和基础设施完备，稍作改造即可投入使用，建设周期短且前期土地、厂房投入多，后续转产投入少。规划节点为3 6个月完成厂区改造和首条试生产线试生产；6 12个月实现首期1000吨浆料、3000万平方米集流体产能达产。
6、客户合作与市场前景
·客户合作情况：2025年1-9月，与27家头部企业合作，利用3D集流体（或AnoFree电池、原位生成负极电池）进行开发，发货记录数百次。合作企业包括国内锂电池、钠电池头部企业（A/B/C类），受保密协议限制，未披露具体名单。2025年已向宁德时代发货23次。
·市场分布预测：未推出3D集流体前，超50%产品用于军工，40%多产品用于民用。未来3D集流体电池，40%产品或用于军工，60%用于民用。
Q&A
Q: 3D集流体相对于传统石墨、硬碳及未来硅碳负极的优势有哪些？
A: 3D集流体通过纳米碳纤维与铜/铝纤维复合结构，替代传统石墨、硅碳等负极材料及金属集流体，在充电过程中原位生成金属锂/钠负极。其核心优势包括：一是显著提升能量密度，特斯拉4680第一代石墨负极总厚度219微米，3D集流体仅60微米，重量从300余克/平方米降至20克/平方米，体积与重量能量密度实现翻倍；二是解决金属锂电池痛点，通过结构设计缓解充放电过程中金属锂的体积膨胀、枝晶、粉化等问题，提升安全可靠性。目前头部钠电池企业中国海纳、锂电池企业C公司已开展相关研发，且3D集流体对正极无限制，可适配任意正极材料。当前产业化关键瓶颈在于电解质的技术突破。
Q: 若未来液态或固态电解质达到可用条件，3D集流体是否会取代石墨、硬碳及未来硅碳负极，其市场空间如何？
A: 3D集流体的终极目标是取代石墨、硅碳、硬碳负极，宁德时代于4月23日明确表示未来电池将不再使用石墨。
Q: 该材料已研发较长时间并向头部电池厂商送样23次，目前产业化进展的主要阻碍因素是什么？
A: 主要阻碍因素仍为电解质相关问题。
Q: 目前3D集流体电池应用于电池领域是否已无阻碍，若电解质进一步进步是否意味着产业空间将完全打开，即已处于产业化临门一脚阶段？
A: 3D集流体电池技术于2014年开发，2016年申请国家发明专利，2019年5月31日获中国发明专利授权。2019年后与中科海钠胡永胜团队合作研发锂电池、钠电池，其中钠电池率先取得突破：胡永胜团队研发的四氟硼酸钠加醚类电解质溶剂复合电解液，使钠电池2020年循环寿命超千次、能量密度达205瓦时/公斤，相关成果2022年发表于《Nature Energy》。锂电池研发难度高于钠电池，因金属锂还原能力强于钠，匹配有机溶剂更难，传统液态电解液锂电池循环寿命仅50-100次；采用氟代电解液可提升循环寿命但成本较高；随着固态电池商业化推进，研究重点转向固态电解质，其可提高电解质与金属锂稳定性，显著提升循环寿命与安全可靠性。当前合作方钠电池循环寿命超千次，锂电池循环寿命540-840次，可满足无人机、机器人、电动工具等高附加值低循环需求场景应用，但暂无法替代需万次循环的储能电池。因此，3D集流体电池将率先在高附加值市场推出，随电解质完善逐步拓展至大系统，预计与传统锂离子电池并存三五年后进入快速淘汰期。
Q: 目前电池循环次数是否已满足军工领域的需求，这些领域是否可能最先实现产业化？
A: 目前相关电池为潜在客户阶段，尚未商业化生产，但自2019年配合军工项目已取得成果。巡飞弹作为一次性使用产品，军方仅要求20次循环寿命，主要关注能量密度，是最快商业化的市场；机器人、机器狗、蛇形机器人等领域要求至少500次循环且能量密度超500瓦时/公斤，属于紧迫市场。这类高附加值、对循环寿命要求较低的场景将率先实现产业化。若电池循环次数突破500-1000次，除大储能外的市场均可覆盖。乘用车大规模应用需3-5年，而其他特种应用预计1-2年可快速形成市场规模。
Q: 公司在交易所回复函中提到的3D集流体被称为市场独一份，该材料与市场上的碳纳米管材料是否相同？
A: 公司3D集流体材料与市场主流碳纳米管存在显著差异。从价格看，公司产品售价为1500元/公斤，而市场碳纳米管价格为4.5万-40万元/吨，属不同性能与性价比产品。技术层面，市场主流碳纳米管采用清华大学魏飞教授流化床法，以陶瓷球为基材生成毛绒球状结构，需经酸煮清洗和砂磨剪切处理，主要用于能量型锂电池正极添加剂，因结晶度低、缺陷多、比表面积大，无法用于负极。公司产品为纳米碳纤维，合成方法区别于流化床法，结构为直粗纤维，高度纯化且无缺陷，主要用于高功率锂电池正负极添加剂，已量产超10年，客户涵盖国防军工及民用。在此基础上升级的3D集流体将作为锂电池负极主材替代石墨硅碳，市场现有碳纳米管均不具备此功能，核心差异在于其表面高度结晶、高纯及高度石墨化特性。
Q: 与东方材料于10月中旬成立合资公司的主要考量是什么？双方业务是否存在协同性？
A: 双方合作主要基于两方面协同：一是东方材料的导电油墨与公司碳纳米管导电分散液为同类产品，生产工艺流程高度相似，其现有设备、工厂及人才可直接切换生产用于高功率电池添加剂的CTP分散液；二是公司生产CTP分散液需处理千吨级干粉对应的万吨级NMP有机溶剂，需依托化工园区，而东方材料拥有现成化工园区资源，可便利产能扩张。同时，东方材料可通过合作将现有产线升级至更高附加值产品，双方合作顺理成章。
Q: 滕州合资子公司的规划进展情况如何？
A: 成都项目原为3万吨油墨加3万吨胶粘剂项目，因疫情建设耽搁，年初完成手续及产权转移，现有厂房及基础设施完备，仅需少量改造即可投入使用，建设周期较短且前期土地、厂房投入资金较多，转产后实际投入资金量减少，建设周期进一步缩短。滕州合资子公司规划进展为：3-6个月内完成厂区改造及首条试生产线试生产并形成产能；6-12个月内实现首期1000吨浆料、3000万平方米流体产能达产。
Q: 材料价格16元/千克的表述与吨价换算方式如何？
A: 该表述存在单位混淆，总公司此前提及的价格为吨价，实际按吨计算应为约180万元/吨，总部可能误将单位表述为公斤。
Q: 1500元/公斤的情况下，一公斤3D集流体对应多少瓶是否有相关数据？
A: 3D集流体的换算需结合匹配的正极材料类型。磷酸铁锂正极行业最高水平为单侧负载3毫安时/平方厘米，能量密度约200瓦时/公斤；三元正极因能量密度更高，单侧负载可达50安时/平方米，正反面合计可匹配380瓦时/平方米的正极。不同正极材料对应的集流体厚度不同。以匹配三元正极为例，1000吨分散液可换算为3000万平米的3D集流体，计算基于每平方米匹配380瓦时正极的标准。
Q: 3D 集流体是否已有明确合作客户？
A: 3D 集流体已有明确合作客户。2025年1月至9月期间，公司与27家头部企业合作开发AnoFree电池；2019年至今合作企业批次数达数百次。合作企业为国内锂电池、钠电池头部企业，当前均处于量产开发阶段。
Q: 三级集流体材料在市场应用中，前期是否主要应用于军工领域？
A: 在未采用3D集流体前，该材料50%以上产品应用于军工领域，约40%应用于民用领域；采用3D集流体后，预计军工领域应用占比降至40%，民用领域占比提升至60%。
Q: 宁德时代自生成锂电是否使用公司材料？
A: 公司2025年向宁德时代发货23次。