鉅大LARGE | 點擊量:1620次 | 2018年09月30日
做好石墨烯鋰電池會很難嗎?
現(xiàn)有在市面上號稱石墨烯電池都是在炒概念,像某充電寶重量270克,根據(jù)可充電量=電壓*電池容量的公式,烯王電壓3.7v、電池容量4,800mAh,推算可充電量為17.76Wh,能量密度為65.78Wh/kg。對比一般國產(chǎn)磷酸鐵鋰電池能量密度達到120-150Wh/kg,估計某充電寶是為了實現(xiàn)快充電而加了石墨烯導電劑,這樣作法肯定會大幅提高每瓦小時的電池成本,賣價那么高根本是賺不了錢。當然,項莊舞劍,意在沛公,他們才不在乎賺這點小錢吧!當然,這么點的能量密度根本不能用于電動汽車,估計東旭就是為了實現(xiàn)快充而多加了石墨烯犧牲了能量密度、體積密度等性能指標。
一般來說,石墨烯的壓實密度及振實密度偏低,使得在能量密度上不被看好。但石墨烯擁有良好的導電、導熱性,能讓鋰離子在石墨烯表面與電極間快速穿梭運動,讓功率密度變成強項,這也是石墨烯電池大多被提到能夠做到快充的根據(jù)。另外,石墨烯還有些像傳統(tǒng)碳材在首次循環(huán)的庫倫效率偏低、充放電平臺過高、電位滯后嚴重以及循環(huán)穩(wěn)定性較差等缺點,而這些問題其實都是高比表面無序碳材料的基本電化學特征。
但這樣就真的不能做好石墨烯鋰電池嗎?其實不然,在負極材料上我們選擇硅碳負極來改性,就是看到硅基負極主要有三個缺點:電子電導率和鋰離子擴散系數(shù)低大大降低了倍率性能、形成不穩(wěn)定的SEI膜及硅在充放電過程之體積變化超過300%。而石墨烯穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)緩沖了硅晶格的膨脹,減少了鋰離子脫插過程對材料晶格的破壞,從而延長材料的循環(huán)壽命;另一方面,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯在復合材料中起到導電網(wǎng)絡的作用,極大的提供高了鋰離子在材料的遷移速率,從而提高了材料的倍率性能。另外,還有一種做法是利用石墨烯微片包覆瀝青的碳,這種結(jié)構(gòu)設計不太會出現(xiàn)鋰枝晶結(jié)構(gòu),可有效延長電池壽命,并可達到快速充電的功能。
那石墨烯可否幫珠海銀隆的鈦酸鋰電池盡點力?答案是肯定的!鈦酸鋰電池能量密度91wh/kg、6分鐘快速充電、30,000次循環(huán),能夠?qū)崿F(xiàn)在-45℃條件下正常充放電,在240℃高溫下仍能平穩(wěn)工作并無過熱現(xiàn)象。可以看出,鈦酸鋰電池的強項是功率密度高,但能量密度差。鈦酸鋰作為負極材料擁有脫嵌鋰前后幾乎"零應變、嵌鋰電位較高(1.55V),避免"鋰枝晶"產(chǎn)生,安全性較高、具有平坦的電壓平臺、化學擴散系數(shù)和庫倫效率高等優(yōu)點,決定了其具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的安全性。然而,其導電性不高、大電流充放電時容量衰減嚴重,通常采用表面改性或摻雜來提高其電導率。實驗表明,經(jīng)碳包覆的鈦酸鋰具有較小的粒徑和良好的分散性,表現(xiàn)出更優(yōu)的電化學性能,主要歸因于碳包覆提高了鈦酸鋰顆粒表面的電子電導率,同時較小的粒徑縮短了Li+的擴散路徑。這樣的話,我們不就可以沿用上面硅碳負極的思路,以石墨烯微片來包覆鈦酸鋰不就可以提高能量密度了嗎?
既然碳納米材料單獨作為負極材料存在不可逆容量高、電壓滯后等缺點,與其它負極材料復合使用是目前比較實際的方案選擇。所以,把石墨烯當作增益材料,而不是一昧用本征石墨烯的限制來看鋰電池的技術(shù)突破,或許才能打開鋰電池技術(shù)一條新的道路。不過,我們目前只不過在導電劑、隔膜及負極材料上找到發(fā)展方向而已,正極材料的技術(shù)突破,才是我們攻克鋰電池的最后一塊拼圖!
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
首先,我們來看看這款石墨烯柔性鋰電池的組裝順序如下:
1.定長寬比的銅箔,先進??墨烯沉積于銅箔表?上,再沉積數(shù)層?墨烯,此?將?向正極,再蒸鍍納?銅粒?。
2.覆蓋上隔離膜,作為離?交換通道。
3.將負極材料漿料涂布于鋁箔兩?上,采用roll-to-roll工藝,鋁箔兩?皆有負極材料,干燥后,放置于隔離膜上。