石墨烯電池的全稱是石墨烯改性鋰離子電池嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-13 09:42
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事實上，根據(jù)傳統(tǒng)電池一直遵循的“正極—負(fù)極活性材料”命名規(guī)則，將石墨烯材料應(yīng)用在電池中并不能稱之為“石墨烯電池”。不過，盡管“石墨烯電池”表述有所誤導(dǎo)，但是業(yè)內(nèi)專家卻看好石墨烯材料在電池上的應(yīng)用，尤其是在電極上發(fā)揮所長。
“石墨烯電池的全稱應(yīng)是石墨烯改性鋰離子電池，其應(yīng)用制作電池共有四種方法，一是直接用在負(fù)極；二是作為正極的導(dǎo)電添加劑使用——所有鋰電池都要加導(dǎo)電添加劑，原來是加導(dǎo)電炭黑，現(xiàn)在用石墨烯替換炭黑，（這兩種）相對比較低端。”閆立群接著說：“三是直接在鋰電池正極表面進(jìn)行包覆，因為鋰電正極材料是金屬氧化物，時間長了會導(dǎo)致氧化，導(dǎo)電性減弱，石墨烯覆蓋后會解決該問題，提升微觀導(dǎo)電性。四是直接作為電極材料的骨架，以此增加正極材料強度，同時使石墨烯成為了正極的骨骼，整體提升鋰電池壽命，提高微觀導(dǎo)電性和電池的安全性能。”
“烯儲霸王”使用的即是第四種方法。“‘烯儲霸王’是石墨烯改性的鈦酸鋰負(fù)極鋰電池，磷酸鐵鋰做正極，采用石墨烯包覆的鈦酸鋰材料做為電池負(fù)極，這大大提高了電子導(dǎo)電率，能夠快速充電。此外，石墨烯包覆后的鈦酸鋰和電池中的電解液反應(yīng)時產(chǎn)氣率會大大降低，可有效提高電池的高溫循環(huán)壽命。”閆立群介紹說。
“烯儲霸王”這一首款石墨烯鋰離子充電電池是標(biāo)準(zhǔn)5號電池。談及為何選擇將石墨烯技術(shù)用以研發(fā)生產(chǎn)這類民用電池，閆立群說，5號電池在很多小電器、兒童玩具和數(shù)碼產(chǎn)品中廣泛使用，是家庭必備品，“立馬就能夠用得上”。
“我們的石墨烯應(yīng)用產(chǎn)品都是能夠直接投入市場的，并且實現(xiàn)量產(chǎn)。”閆立群表示：“碳世紀(jì)的出發(fā)點就是讓石墨烯材料及其技術(shù)早日用于大眾的生產(chǎn)生活。”
閆立群還介紹說，相比于普通可充電電池（如鎳氫電池），“烯儲霸王”在工作溫度和充電次數(shù)方面均有更加優(yōu)異的表現(xiàn)。普通充電的鎳氫電池充電次數(shù)約為1000次，工作溫度在0℃~40℃之間，而“烯儲霸王”在正確的充放電條件下，充電次數(shù)可高達(dá)30000次，工作環(huán)境溫度范圍也可放寬到-40℃~65℃。這也很關(guān)鍵：一般而言，當(dāng)電池在超出工作環(huán)境范圍溫度時，就會造成電池電壓過低，達(dá)不到用電器用電要求，容易導(dǎo)致電器直接關(guān)機或無法使用。
作為一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的六角形呈蜂巢晶格狀、只有一個碳原子厚度的二維材料，石墨烯被稱作“新材料之王”。石墨烯和其他材料結(jié)合后，能夠賦予其他材料的納米結(jié)構(gòu)，從而在不改變原有工業(yè)及生產(chǎn)設(shè)備的情況下，改善材料的宏觀性能，具備極其廣闊的應(yīng)用前景。
碳世紀(jì)是一家專于石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)和石墨烯下游應(yīng)用技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)實踐的高新技術(shù)企業(yè)，目前已建成全球首條石墨烯（單層碳原子）噸級示范生產(chǎn)線，成功研制了石墨烯光致電推動技術(shù)、石墨烯發(fā)動機油節(jié)能改進(jìn)劑、超級電容器用石墨烯改性活性炭、石墨烯改性塑料、石墨烯空氣凈化系列產(chǎn)品和技術(shù)、石墨烯表面波探測技術(shù)等。
石墨烯具有高導(dǎo)電性和良好的柔韌性，是柔性儲能器件的理想候選材料之一。最近金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家（聯(lián)合）實驗室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯泡沫的基礎(chǔ)上（NatureMaterials10（6），424，2011），提出利用該材料作為高導(dǎo)電的柔性集流體，設(shè)計并制備出可快速充放電的柔性鋰離子電池。將三維連通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為集流體，取代電池中常用的金屬集流體，不僅可有效降低電極中非活性物質(zhì)的比例，且三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)為鋰離子和電子提供了快速擴(kuò)散通道，從而可實現(xiàn)電極材料的快速充放電性能。為了在不使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電添加劑的情況下實現(xiàn)活性物質(zhì)和石墨烯集流體的良好接觸以促進(jìn)電子傳輸和提高彎折時電極材料的穩(wěn)定性，研究人員發(fā)展了原位水熱合成方法在石墨烯三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上直接生長活性物質(zhì)，如磷酸鐵鋰和鈦酸鋰。將磷酸鐵鋰/石墨烯和鈦酸鋰/石墨烯復(fù)合材料分別作為正負(fù)極，采用柔性硅膠為封裝體，組裝了具有很好柔性的鋰離子全電池。該柔性鋰離子電池在彎曲時，其充放電特性保持不變，并可在6分鐘內(nèi)完成充電（達(dá)到初始容量的90%），在100次循環(huán)之后容量保持率在96%。
該研究為高性能柔性鋰離子電池的設(shè)計和制備提出了一種新思路。這種可快速充電的柔性鋰離子電池的制備工藝簡單，具有潛在的實際應(yīng)用價值。該研究成果于10月8日在《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上在線發(fā)表（PNAS，2012，doi：10.1073/pnas.1206839109）。此外，該研究團(tuán)隊還充分利用石墨烯和碳納米管的優(yōu)異特性，發(fā)展出超級電容器和鋰-硫電池用柔性電極材料（ACSNano3（7），1745，2009；AdvancedEnergyMaterials1（5），917，2011；Energy&EnvironmentalScience5，8901，2012），為柔性儲能器件的開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院有關(guān)項目的資助。（中國證券報）
