鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1817次 | 2018年10月18日
石墨烯包覆技術(shù)對(duì)鋰電池性能提升有多大的作用？
9月8日，東旭光電推出的石墨烯基鋰電池產(chǎn)品“烯王”在上海納米中心正式全球發(fā)售。在此次石墨烯新產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目中，深圳山木新能源科技股份有限公司(下稱(chēng)“山木新能源”)承擔(dān)了石墨烯基鋰電池的制造生產(chǎn)任務(wù)。
山木新能源董事長(zhǎng)助理第五飛龍介紹，烯王這款產(chǎn)品是公司采用東旭光電提供的石墨烯材料，配備自身的磷酸鐵鋰技術(shù)，完善石墨烯材料在生產(chǎn)應(yīng)用中的工藝和配方生產(chǎn)出來(lái)的，采用的是石墨烯包覆磷酸鐵鋰技術(shù)。
值得一提的是，在烯王產(chǎn)品發(fā)布會(huì)的前一天，東旭光電公告稱(chēng)，計(jì)劃總投資16.5億元投建石墨烯基鋰電池項(xiàng)目，該項(xiàng)目分兩期建設(shè)，一期將于2016年12月開(kāi)工建設(shè)。
其中，一期建設(shè)年產(chǎn)10噸石墨烯生產(chǎn)線(xiàn)一條，年產(chǎn)1000噸石墨烯包覆磷酸鐵鋰生產(chǎn)線(xiàn)一條，年產(chǎn)1000噸石墨烯包覆三元材料生產(chǎn)線(xiàn)一條，年產(chǎn)2000噸石墨烯包覆負(fù)極材料生產(chǎn)線(xiàn)一條，年產(chǎn)0.2GWH的石墨烯基鋰離子電芯和pack生產(chǎn)線(xiàn)一條。
高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)分析師認(rèn)為，石墨烯包覆正極材料對(duì)改善導(dǎo)電性有優(yōu)勢(shì)，但具體能否包覆好，技術(shù)工藝很關(guān)鍵。
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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%
石墨烯包覆正極材料技術(shù)對(duì)鋰電池的性能改善到底表現(xiàn)在哪里?該技術(shù)是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?本文將對(duì)這些問(wèn)題做深入闡述，以期對(duì)讀者有所裨益。
能否起到顛覆性作用?
以石墨烯包覆磷酸鐵鋰為樣本，高工鋰電網(wǎng)從動(dòng)力電池企業(yè)、石墨烯企業(yè)、材料專(zhuān)家、第三方研究機(jī)構(gòu)等多方了解到，在包覆技術(shù)中，石墨烯實(shí)質(zhì)上還只是起到導(dǎo)電劑的作用，并未實(shí)現(xiàn)性能上根本性的顛覆作用。
一位廣東省知名大學(xué)教授表示，正極材料導(dǎo)電性差，傳統(tǒng)一般采用碳包覆的工藝。而要評(píng)價(jià)石墨烯包覆的作用，首先要明確石墨烯層數(shù)、導(dǎo)電性，以及具體使用的工藝手段。以類(lèi)石墨烯為例，由于石墨烯是二維層狀結(jié)構(gòu)，如果分散均勻，可有效提高材料導(dǎo)電性。
上述大學(xué)教授還介紹，石墨烯本身具有一定的電化學(xué)容量，如果結(jié)構(gòu)控制得好，再加上高導(dǎo)電，對(duì)正極材料倍率、循環(huán)性能都有提升。但如果控制不好，便會(huì)產(chǎn)生更大的SEI膜，性能將變得更糟。
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標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
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應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
“目前文獻(xiàn)中各種結(jié)構(gòu)都有，實(shí)驗(yàn)結(jié)果大部分都是性能增加的，但是大規(guī)模生產(chǎn)能否達(dá)到文獻(xiàn)報(bào)道的水平就不得而知了?！?/p>
以目前正計(jì)劃大規(guī)模生產(chǎn)的石墨烯基鋰電池產(chǎn)品——烯王為例，與普通的鋰電池相比，該款鋰電池在性能上到底產(chǎn)生了哪些變化呢?
山木新能源董事長(zhǎng)陳明軍透露，采用石墨烯包覆技術(shù)后，電池容量影響不大，但這款產(chǎn)品是在磷酸鐵鋰前軀體中進(jìn)行石墨烯包覆，在石墨烯溶入后，其電化學(xué)特性提高了很多，具體體現(xiàn)在：電池內(nèi)阻降低從而使快充性能提高;由于熱下降延長(zhǎng)壽命，高低溫影響降低，提高了安全性。
產(chǎn)業(yè)化“痛點(diǎn)”在哪?
通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在石墨烯包覆過(guò)程中，企業(yè)也會(huì)遇到一些難題。其中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題有兩個(gè)：一是石墨烯自身的導(dǎo)電性能，這與其層數(shù)有相當(dāng)大的關(guān)系。
從導(dǎo)電機(jī)理分析，石墨烯通過(guò)點(diǎn)面接觸來(lái)導(dǎo)電。一般而言，接觸的面積越大導(dǎo)電性能就會(huì)越好。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，片層較厚的石墨烯會(huì)阻礙鋰離子的擴(kuò)散而降低極片的離子電導(dǎo)率，6-9層最為適宜。
二是如何有效均勻分散。分散的效果不好將導(dǎo)致材料成團(tuán)，最終破壞導(dǎo)電性能及離子傳輸性。
陳明軍也坦誠(chéng)，石墨烯包覆過(guò)程中會(huì)有產(chǎn)氣問(wèn)題。但其透露，山木新能源已經(jīng)解決該問(wèn)題。
實(shí)際應(yīng)用嘗試者多?
其實(shí)目前電池企業(yè)使用石墨烯有兩種方式：一是在做電池漿料的時(shí)候，添加石墨烯與正極材料混合，目前做此嘗試的電池廠(chǎng)商較多;二是在生產(chǎn)正極材料的時(shí)候進(jìn)行包覆，成熟產(chǎn)品還沒(méi)有廣泛上市。
而目前除東旭光電的“烯王”產(chǎn)品使用石墨烯包覆技術(shù)外，其余電池企業(yè)多采用在正極材料中加入石墨烯漿料方式。
陳明軍介紹，烯王采用分子內(nèi)包覆，比物理混合效果要好，而且在分子內(nèi)包覆有很多優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然石墨烯在其中也會(huì)起到導(dǎo)電作用。
比亞迪技術(shù)首席劉衛(wèi)平則透露，公司把石墨烯作為導(dǎo)電劑使用已經(jīng)有2-3年了，由于石墨烯導(dǎo)電性比其他導(dǎo)電劑更好，可以適當(dāng)減少添加量，從而省出空間給活性材料，使用后相比普通的磷酸鐵鋰電池容量會(huì)提升3-5%，成本上也會(huì)比碳納米管的還低一些。
GGII分析師認(rèn)為，采用石墨烯包覆技術(shù)后，鋰電池材料性能可以改善，比如提高材料導(dǎo)電性，提升電池循環(huán)性能、功率性能，容量也可以提升一點(diǎn)(非常少，可以忽略)，但最終想要提升能量密度是不能指望導(dǎo)電劑的，關(guān)鍵點(diǎn)還在正負(fù)極活性材料上。
