石墨烯在锂离子电池中的潜在应用有哪些？
来源：宝鄂实业
2019-05-02 17:05
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作负极材料。石墨烯的克容量较高，可逆容量约700mAh/g,高于石墨类负极的容量。另外，石墨烯良好的导热性能确保其在电池体系中的稳定性，且石墨烯片层间距大于石墨，使锂离子在石墨烯片层间扩散通畅，有利于提高电池功率性能。由于石墨烯的生产工艺不成熟，结构欠稳定，导致石墨烯作为负极材料仍存在一定问题，如首次放电效率较低，约65%;循环性能较差;价格较高，明显高于传统石墨负极。
作为正负极添加剂，可提高锂电池的稳定性、延长循环寿命、增加内部导电性能。
鉴于石墨烯当前的批量生产工艺不成熟、价格高昂、性能不稳定，石墨烯将率先作为正负极添加剂在锂离子电池中使用。
相关研发企业：
珈伟股份，东旭光电，青岛昊鑫新能源，厦门凯纳等。
4.碳纳米管
碳纳米管是一种石墨化结构的碳材料，自身具有优良的导电性能，同时由于其脱嵌锂时深度小、行程短，作为负极材料在大倍率充放电时极化作用较小，可提高电池的大倍率充放电性能。
缺点：
碳纳米管直接作为锂电池负极材料时，会存在不可逆容量高、电压滞后及放电平台不明显等问题。如Ng等采用简单的过滤制备了单壁碳纳米管，将其直接作为负极材料，其首次放电容量为1700mAh/g，可逆容量仅为400mAh/g。
碳纳米管在负极中的另一个应用是与其他负极材料(石墨类、钛酸锂、锡基、硅基等)复合，利用其独特的中空结构、高导电性及大比表面积等优点作为载体改善其他负极材料的电性能。
相关研发企业：
天奈科技、纳米港等。
5.富锂锰基正极材料
高容量是锂电池的发展方向之一，但当前的正极材料中磷酸铁锂的能量密度为580Wh/kg,镍钴锰酸锂的能量密度为750Wh/kg，都偏低。富锂锰基的理论能量密度可达到900Wh/kg，成为研发热点。
富锂锰基作为正极材料的优势有：
能量密度高、主要原材料丰富。
由于开发时间较短，目前富锂锰基存在一系列问题：
首次放电效率很低、材料在循环过程析氧，带来安全隐患、循环寿命很差、倍率性能偏低。
目前解决这些问题的手段有包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等。富锂锰基虽然克容量优势明显，潜力巨大，但限于技术进展较慢，其大批量上市还需时间。
相关研发企业：
中国科学院宁波材料所等。
6.动力型镍钴锰酸锂材料
一直以来，动力电池的路线存在很大争议，因此磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料等路线都有被采用。国内动力电池路线以磷酸铁锂为主，但随着特斯拉火爆全球，其使用的三元材料路线引起了一股热潮。
磷酸铁锂虽然安全性高，但其能量密度偏低软肋无法克服，而新能源汽车要求更长的续航里程，因此长期来看，克容量更高的材料将取代磷酸铁锂成为下一代主流技术路线。
镍钴锰酸锂三元材料最有可能成为国内下一代动力电池主流材料。国内陆续推出三元路线的电动车，如北汽E150EV、江淮IEV4、奇瑞EQ、蔚蓝等，单位重量密度较磷酸铁锂电池有很大提升。
相关研发企业：
湖南杉杉、当升科技、厦门钨业、科恒股份等。
7.涂覆隔膜
隔膜对锂电池的安全性至关重要，这要求隔膜具有良好的电化学和热稳定性，以及反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性。
涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等胶黏剂或陶瓷氧化铝。涂覆隔膜的作用是：
1、提高隔膜耐热收缩性，防止隔膜收缩造成大面积短路;
2、涂覆材料热传导率低，防止电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控。
相关研发企业：
星源材质、上海恩捷、中材科技、义腾隔膜、天津东皋、璞泰来等。
8.陶瓷氧化铝
在涂覆隔膜中，陶瓷涂覆隔膜主要针对动力电池体系，因此其市场成长空间较涂胶隔膜更大，其核心材料陶瓷氧化铝的市场需求将随着三元动力电池的兴起而大幅提升。
用于涂覆隔膜的陶瓷氧化铝的纯度、粒径、形貌都有很高要求，日本、韩国的产品较成熟，但价格比国产的贵一倍以上。国内目前也有多家企业在研发陶瓷氧化铝，希望减少进口依赖。
相关研发企业：
国瓷材料等。
另外，SBR/CMC粘结剂在加工过程中易粘辊，且难以用于正极片制备，使用范围受到限制。
出于环保、降低成本、增加极片性能等需求考量，水性粘结剂的开发势在必行。
