鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:949次 | 2019年05月22日
石墨烯在鋰電池領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)力來自哪里,存在什么阻力?
石墨烯因其在電學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)熱散熱、光學(xué)、高比表面積等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,使其在電子信息、儲(chǔ)能、節(jié)能環(huán)保、特種航天等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛能,成為近年來的研發(fā)熱點(diǎn)之一。
隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國(guó)家政策以市場(chǎng)為導(dǎo)向,逐步進(jìn)行調(diào)整,多部門合力推進(jìn),發(fā)布了一系列相關(guān)政策進(jìn)行系統(tǒng)布局。據(jù)CGIAResearch統(tǒng)計(jì),2012年至2017年間,國(guó)家層面相關(guān)政策數(shù)量達(dá)20余條,地方層面相關(guān)政策數(shù)量達(dá)140余條。
在產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)方面,近幾年來,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多市場(chǎng)化的石墨烯產(chǎn)品問世,其中應(yīng)用于鋰電領(lǐng)域的石墨烯導(dǎo)電漿料生產(chǎn)企業(yè)有:東莞鴻納、青島昊鑫、華高等,石墨烯行業(yè)實(shí)現(xiàn)了從“講故事”到“賣產(chǎn)品”這一質(zhì)變的跨越。
二:技術(shù)專利支持:國(guó)內(nèi)石墨烯專利主要集中在鋰離子電池領(lǐng)域
近年來,中國(guó)在石墨烯應(yīng)用技術(shù)方面的研究持續(xù)增長(zhǎng),主要集中在儲(chǔ)能、電子器件、水處理、氣體處理、化工、醫(yī)療、檢測(cè)、特種航天等。化工、儲(chǔ)能和電子器件領(lǐng)域的石墨烯相關(guān)專利申請(qǐng)數(shù)量占比位居前三,三者合計(jì)占比接近90%,成為國(guó)內(nèi)石墨烯應(yīng)用的主要領(lǐng)域。
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%
石墨烯專利在儲(chǔ)能領(lǐng)域中主要集中在鋰離子電池領(lǐng)域,鋰離子電池相關(guān)的專利數(shù)為3077個(gè),占據(jù)市場(chǎng)份額的40%以上。鋰離子電池領(lǐng)域技術(shù)研發(fā)較多的原因在于,石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、能夠緩解電極材料的體積膨脹等,從而大幅提高動(dòng)力電池的性能,因此石墨烯在鋰離子電池的正極、負(fù)極、集流體、隔膜、導(dǎo)電添加劑等方面應(yīng)用較廣,未來市場(chǎng)前景尤為廣闊。
其次,超級(jí)電容方面的專利數(shù)也較多,為1331個(gè),占比為17.5%。
三:鋰電市場(chǎng)向好:中國(guó)鋰電池行業(yè)市場(chǎng)前景向好
我國(guó)是鋰離子電池最主要的生產(chǎn)國(guó)之一。2014年,我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)52.87億只,占全球總產(chǎn)量的71.2%,已連續(xù)10年位居全球首位。截止至2018年底,我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)到139.87億只,比2014年增長(zhǎng)了一倍多。伴隨鋰電池生產(chǎn)廠家在技術(shù)上的革新,性能和安全性的提升,人們對(duì)鋰電池的需求仍會(huì)不斷增長(zhǎng),預(yù)計(jì)到2024年,我國(guó)鋰電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將超過1500億元。
四:機(jī)遇與困難并存:石墨烯在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用仍存不足
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
目前石墨烯在鋰電池中的添加形式主要有導(dǎo)電添加劑、電極復(fù)合材料及直接作為負(fù)極材料三種形式。其中,石墨烯導(dǎo)電添加劑的導(dǎo)電、放電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑,其在制備過程中不涉及復(fù)雜的合成過程,因此可控性較強(qiáng),難度較低,成功率較高,目前石墨烯導(dǎo)電劑研發(fā)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。
據(jù)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示,2017年石墨烯導(dǎo)電劑價(jià)格為230美元/千克,與碳納米管導(dǎo)電劑價(jià)格大致相同,預(yù)計(jì)到2020年石墨烯導(dǎo)電劑價(jià)格將降至113美元/千克,而碳納米管價(jià)格將維持在200美元/千克的水平,石墨烯導(dǎo)電劑的價(jià)格優(yōu)勢(shì)將逐步顯現(xiàn)。
■石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用仍存一些問題:
1石墨烯制備過程中片層容易堆積,降低了理論容量。
2首次循環(huán)庫(kù)倫效率較低,大量鋰離子嵌入后無法脫出,降低電解質(zhì)和正極材料的活性。
3鋰離子的重復(fù)嵌脫使得石墨烯片層結(jié)構(gòu)更加致密,鋰離子嵌脫難度加大而使得循環(huán)容量降低。
4石墨烯振實(shí)密度較低,降低電池的功率密度。
為了能夠滿足在實(shí)際運(yùn)用中對(duì)電池的循環(huán)壽命、快速大電流充放電、高比容量等需求,仍需要加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的研究:
為材料的商品化大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用,需注重石墨烯的制備工藝的低成本化,設(shè)計(jì)大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的制備工藝;
提高石墨烯及其復(fù)合電極材料的高倍率性能和循環(huán)壽命,使其能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
深入研究石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)理及其復(fù)合材料中的微觀形貌與電化學(xué)性能之間的關(guān)系,深入研究石墨烯的尺寸結(jié)構(gòu)缺陷以及孔徑等對(duì)電化學(xué)性能的影響。