石墨烯在鋰離子電池中的潛在應(yīng)用有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-02 17:05
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作負(fù)極材料。石墨烯的克容量較高，可逆容量約700mAh/g,高于石墨類負(fù)極的容量。另外，石墨烯良好的導(dǎo)熱性能確保其在電池體系中的穩(wěn)定性，且石墨烯片層間距大于石墨，使鋰離子在石墨烯片層間擴(kuò)散通暢，有利于提高電池功率性能。由于石墨烯的生產(chǎn)工藝不成熟，結(jié)構(gòu)欠穩(wěn)定，導(dǎo)致石墨烯作為負(fù)極材料仍存在一定問題，如首次放電效率較低，約65%;循環(huán)性能較差;價(jià)格較高，明顯高于傳統(tǒng)石墨負(fù)極。
作為正負(fù)極添加劑，可提高鋰電池的穩(wěn)定性、延長循環(huán)壽命、增加內(nèi)部導(dǎo)電性能。
鑒于石墨烯當(dāng)前的批量生產(chǎn)工藝不成熟、價(jià)格高昂、性能不穩(wěn)定，石墨烯將率先作為正負(fù)極添加劑在鋰離子電池中使用。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
珈偉股份，東旭光電，青島昊鑫新能源，廈門凱納等。
4.碳納米管
碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時(shí)由于其脫嵌鋰時(shí)深度小、行程短，作為負(fù)極材料在大倍率充放電時(shí)極化作用較小，可提高電池的大倍率充放電性能。
缺點(diǎn)：
碳納米管直接作為鋰電池負(fù)極材料時(shí)，會(huì)存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺(tái)不明顯等問題。如Ng等采用簡(jiǎn)單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負(fù)極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。
碳納米管在負(fù)極中的另一個(gè)應(yīng)用是與其他負(fù)極材料(石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等)復(fù)合，利用其獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)點(diǎn)作為載體改善其他負(fù)極材料的電性能。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
天奈科技、納米港等。
5.富鋰錳基正極材料
高容量是鋰電池的發(fā)展方向之一，但當(dāng)前的正極材料中磷酸鐵鋰的能量密度為580Wh/kg,鎳鈷錳酸鋰的能量密度為750Wh/kg，都偏低。富鋰錳基的理論能量密度可達(dá)到900Wh/kg，成為研發(fā)熱點(diǎn)。
富鋰錳基作為正極材料的優(yōu)勢(shì)有：
能量密度高、主要原材料豐富。
由于開發(fā)時(shí)間較短，目前富鋰錳基存在一系列問題：
首次放電效率很低、材料在循環(huán)過程析氧，帶來安全隱患、循環(huán)壽命很差、倍率性能偏低。
目前解決這些問題的手段有包覆、酸處理、摻雜、預(yù)循環(huán)、熱處理等。富鋰錳基雖然克容量優(yōu)勢(shì)明顯，潛力巨大，但限于技術(shù)進(jìn)展較慢，其大批量上市還需時(shí)間。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
中國科學(xué)院寧波材料所等。
6.動(dòng)力型鎳鈷錳酸鋰材料
一直以來，動(dòng)力電池的路線存在很大爭(zhēng)議，因此磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等路線都有被采用。國內(nèi)動(dòng)力電池路線以磷酸鐵鋰為主，但隨著特斯拉火爆全球，其使用的三元材料路線引起了一股熱潮。
磷酸鐵鋰雖然安全性高，但其能量密度偏低軟肋無法克服，而新能源汽車要求更長的續(xù)航里程，因此長期來看，克容量更高的材料將取代磷酸鐵鋰成為下一代主流技術(shù)路線。
鎳鈷錳酸鋰三元材料最有可能成為國內(nèi)下一代動(dòng)力電池主流材料。國內(nèi)陸續(xù)推出三元路線的電動(dòng)車，如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚藍(lán)等，單位重量密度較磷酸鐵鋰電池有很大提升。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
湖南杉杉、當(dāng)升科技、廈門鎢業(yè)、科恒股份等。
7.涂覆隔膜
隔膜對(duì)鋰電池的安全性至關(guān)重要，這要求隔膜具有良好的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性，以及反復(fù)充放電過程中對(duì)電解液保持高度浸潤性。
涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等膠黏劑或陶瓷氧化鋁。涂覆隔膜的作用是：
1、提高隔膜耐熱收縮性，防止隔膜收縮造成大面積短路;
2、涂覆材料熱傳導(dǎo)率低，防止電池中的某些熱失控點(diǎn)擴(kuò)大形成整體熱失控。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
星源材質(zhì)、上海恩捷、中材科技、義騰隔膜、天津東皋、璞泰來等。
8.陶瓷氧化鋁
在涂覆隔膜中，陶瓷涂覆隔膜主要針對(duì)動(dòng)力電池體系，因此其市場(chǎng)成長空間較涂膠隔膜更大，其核心材料陶瓷氧化鋁的市場(chǎng)需求將隨著三元?jiǎng)恿﹄姵氐呐d起而大幅提升。
用于涂覆隔膜的陶瓷氧化鋁的純度、粒徑、形貌都有很高要求，日本、韓國的產(chǎn)品較成熟，但價(jià)格比國產(chǎn)的貴一倍以上。國內(nèi)目前也有多家企業(yè)在研發(fā)陶瓷氧化鋁，希望減少進(jìn)口依賴。
相關(guān)研發(fā)企業(yè)：
國瓷材料等。
另外，SBR/CMC粘結(jié)劑在加工過程中易粘輥，且難以用于正極片制備，使用范圍受到限制。
出于環(huán)保、降低成本、增加極片性能等需求考量，水性粘結(jié)劑的開發(fā)勢(shì)在必行。
