石墨烯能用在涂層鋁箔嗎？

常規(guī)的鋰離子電池極片制作工藝中，正極活性材料漿料直接涂布于鋁箔表面，通過粘結(jié)劑使活性材料固定于集流體表面。但這種工藝存在兩個方面的缺陷：

Ø 剛性的金屬集流體與活性材料顆粒間接觸面積有限，界面電阻大，引起電池內(nèi)阻的上升，影響電池性能特別是大電流充放電條件下的性能；

Ø 粘結(jié)劑的粘結(jié)強度有限，在連續(xù)充放電過程中，很容易導致活性材料與集流體間的膨脹脫離，電池內(nèi)阻進一步加大，降低電池循環(huán)壽命和安全性能。

因此，優(yōu)化集流體與活性材料間的界面是提升鋰離子電池性能的有效方法。對集流體進行表面處理是減少上述缺陷的主要途徑，第一種方法是通過化學或物理的方法對集流體進行表面刻蝕，形成粗糙表面，從而提高集流體與活性材料的附著力，但該方法不利于大規(guī)模的生產(chǎn)。第二種方法是在集流體表面涂覆含導電材料的薄層（如導電炭黑層），增強活性材料與集流體間的「歐姆接觸」和「粘結(jié)強度」，減少界面電阻，這類方法操作簡單、成本低廉、工藝適應(yīng)性強，是目前主流的技術(shù)。德國漢高采用導電炭黑涂層改性鋁箔（單面涂層厚度5微米），可降低電池內(nèi)阻，抑制充放電循環(huán)過程中內(nèi)阻增加，提高充放電過程中電壓平臺穩(wěn)定性，防止充放電過程中電解液對正極集流體腐蝕，增強大倍率放電性能，降低熱效應(yīng)，從而延長鋰電池使用壽命。但也有人反應(yīng)這類石墨烯功能涂層鋁箔，其實際性能跟普通碳涂覆鋁箔（A123聯(lián)合漢高開發(fā)）并無多少提高，反倒是成本和工藝復雜程度增加不少，該技術(shù)商業(yè)化的可能性很低。

我倒是認為正如在上篇文章提到，引入石墨烯材料到鋰離子電池正極材料系統(tǒng)可以提高正極材料的電導率，保護正極材料避免粉化、崩塌，抑制正極材料的溶解。當然，如果你選擇錯誤的石墨烯，或是涂布工藝上無法確保一致性，甚至無法解決石墨烯與金屬氧化物間界面及分散問題，說性能沒有提高也是想當然耳的。接著，我們來看看石墨烯對電池的性能作用包括：

Ø 抑制電池極化，減少熱效應(yīng)，提高倍率性能；

Ø 降低電池內(nèi)阻，并明顯降低了循環(huán)過程的動態(tài)內(nèi)阻增幅；

Ø 提高一致性，增加電池的循環(huán)壽命；

Ø 提高活性物質(zhì)與集流體的粘附力，降低極片制造成本；

Ø 保護集流體不被電解液腐蝕；

Ø 提高磷酸鐵鋰電池的高、低溫性能，改善磷酸鐵鋰、鈦酸鋰材料的加工性能。

結(jié)論：石墨烯各自負載正、負極材料做成涂層，再通過粘結(jié)劑涂布在鋁箔（正極）及銅箔（負極）上。石墨烯涂層具有阻隔性，可有效減少氧化產(chǎn)生，並保護正極材料避免粉化、崩塌，抑制正極材料的溶解。

石墨烯能用在隔膜嗎？

隔膜在正負極之間起電子絕緣、提供鋰離子遷移微孔通道的作用，是保證電池體系安全、影響電池性能的關(guān)鍵材料。盡管隔膜不直接參與電極反應(yīng)，但它影響電池動力學過程，決定著電池的充放電、循環(huán)壽命、倍率等性能。隔膜技術(shù)難點在于造孔的工程技術(shù)以及基體材料制備。其中造孔的工程技術(shù)包括隔膜造孔工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品穩(wěn)定性。國內(nèi)隔膜廠家的以厚度 30um 以上的產(chǎn)品比較多，但是大多數(shù)成孔都不均勻，大部分孔都拉裂了，少數(shù)國產(chǎn)膜的均勻性超過了日本 UBE；但薄的（如 20/16 um）都還不成熟。隔膜對電池性能影響主要有如下方面：

Ø 制程中，主要影響短路和低壓；

Ø 其次還有吸液性能；

Ø 電性能方面，主要影響內(nèi)阻、倍率性能；

隔膜在鋰離子電池中的功能主要體現(xiàn)在兩個方面。一是給電池提供安全保障。隔膜材料首先必須具備良好的絕緣性，以防止正負極接觸短路或是被毛刺、顆粒、枝晶刺穿而出現(xiàn)的短路，因此，隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺強度，不易撕裂，并在突發(fā)的高溫條件下基本保持尺寸的穩(wěn)定，不會熔縮導致電池的大面積短路和熱失控。二是給鋰離子電池提供實現(xiàn)充放電功能、倍率性能的微孔通道。因此，隔膜必須是具有較高孔隙率而且微孔分布均勻的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制約著電池中鋰離子的遷移，體現(xiàn)在性能參數(shù)上就是離子電導率。實務(wù)上，高容電池隔膜側(cè)重于吸液性，孔隙率可以小一些，厚度要薄一些；高倍率電池對孔隙率和透氣度要求較高，需要較合理的孔徑分布。動力和電動自行車比較側(cè)重安全性能，所以要求隔膜厚度要厚一些，孔隙率要小一些，而對于 HEV 或者 PEV 的隔膜則孔隙率不能太小，否則不適合倍率放電。

在鋰電池充電過程中，由于電流密度及鋰離子分布不均等因素，鋰離子在負極表面不均勻沉積形成樹枝狀鋰，多次循環(huán)之后就會形成鋰枝晶。枝晶生長以及固體電解質(zhì)接口不穩(wěn)定都會消耗大量的鋰和電解液，導致不可逆的電池容量損失。解決枝晶問題常用的方法包括：添加穩(wěn)定負極-電解液界面的電解液添加劑、替換液體電解質(zhì)為高強度凝膠/固體電解質(zhì)、建立高強度鋰負極表面保護層等處理。近來有學者提出借由大量減少局部電流密度，就能有效抑制鋰枝晶的生長。根據(jù)這樣的概念，采用具有超高比表面積的非堆棧石墨烯材料來降低局部電流密度（僅有采用銅箔陽極時的萬分之一），同時抑制了枝晶的生長，從而帶來均勻的鋰沉積形態(tài)。

目前商品化的 PP、PE 隔膜受原材料物理性質(zhì)的局限，在潤濕性能、離子電導率、耐高溫性能等方面的不足難以改善，性能提升的空間相對有限。當前的研究目標主要集中于提升隔膜的安全性及離子電導率。安全性的提升，主要依賴于熱穩(wěn)定性的提高，而離子電導率的提高，則依賴于隔膜對電解液潤濕性能的提升，可通過表面改性、涂覆、開發(fā)新材料體系、采用新加工工藝等方式實現(xiàn)。我們在 2016年 8-12 月份做了二次試樣，基本上加入石墨烯的確可以有效提升抗拉強度及伸長率。