石墨烯电池的全称是石墨烯改性锂离子电池吗？
来源：宝鄂实业
2019-08-13 09:42
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事实上，根据传统电池一直遵循的“正极—负极活性材料”命名规则，将石墨烯材料应用在电池中并不能称之为“石墨烯电池”。不过，尽管“石墨烯电池”表述有所误导，但是业内专家却看好石墨烯材料在电池上的应用，尤其是在电极上发挥所长。
“石墨烯电池的全称应是石墨烯改性锂离子电池，其应用制作电池共有四种方法，一是直接用在负极；二是作为正极的导电添加剂使用——所有锂电池都要加导电添加剂，原来是加导电炭黑，现在用石墨烯替换炭黑，（这两种）相对比较低端。”闫立群接着说：“三是直接在锂电池正极表面进行包覆，因为锂电正极材料是金属氧化物，时间长了会导致氧化，导电性减弱，石墨烯覆盖后会解决该问题，提升微观导电性。四是直接作为电极材料的骨架，以此增加正极材料强度，同时使石墨烯成为了正极的骨骼，整体提升锂电池寿命，提高微观导电性和电池的安全性能。”
“烯储霸王”使用的即是第四种方法。“‘烯储霸王’是石墨烯改性的钛酸锂负极锂电池，磷酸铁锂做正极，采用石墨烯包覆的钛酸锂材料做为电池负极，这大大提高了电子导电率，能够快速充电。此外，石墨烯包覆后的钛酸锂和电池中的电解液反应时产气率会大大降低，可有效提高电池的高温循环寿命。”闫立群介绍说。
“烯储霸王”这一首款石墨烯锂离子充电电池是标准5号电池。谈及为何选择将石墨烯技术用以研发生产这类民用电池，闫立群说，5号电池在很多小电器、儿童玩具和数码产品中广泛使用，是家庭必备品，“立马就能够用得上”。
“我们的石墨烯应用产品都是能够直接投入市场的，并且实现量产。”闫立群表示：“碳世纪的出发点就是让石墨烯材料及其技术早日用于大众的生产生活。”
闫立群还介绍说，相比于普通可充电电池（如镍氢电池），“烯储霸王”在工作温度和充电次数方面均有更加优异的表现。普通充电的镍氢电池充电次数约为1000次，工作温度在0℃~40℃之间，而“烯储霸王”在正确的充放电条件下，充电次数可高达30000次，工作环境温度范围也可放宽到-40℃~65℃。这也很关键：一般而言，当电池在超出工作环境范围温度时，就会造成电池电压过低，达不到用电器用电要求，容易导致电器直接关机或无法使用。
作为一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角形呈蜂巢晶格状、只有一个碳原子厚度的二维材料，石墨烯被称作“新材料之王”。石墨烯和其他材料结合后，能够赋予其他材料的纳米结构，从而在不改变原有工业及生产设备的情况下，改善材料的宏观性能，具备极其广阔的应用前景。
碳世纪是一家专于石墨烯工业化生产和石墨烯下游应用技术及产品研发与产业实践的高新技术企业，目前已建成全球首条石墨烯（单层碳原子）吨级示范生产线，成功研制了石墨烯光致电推动技术、石墨烯发动机油节能改进剂、超级电容器用石墨烯改性活性炭、石墨烯改性塑料、石墨烯空气净化系列产品和技术、石墨烯表面波探测技术等。
石墨烯具有高导电性和良好的柔韧性，是柔性储能器件的理想候选材料之一。最近金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室在前期制备出具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫的基础上（NatureMaterials10（6），424，2011），提出利用该材料作为高导电的柔性集流体，设计并制备出可快速充放电的柔性锂离子电池。将三维连通的石墨烯网络作为集流体，取代电池中常用的金属集流体，不仅可有效降低电极中非活性物质的比例，且三维石墨烯网络的高导电性和多孔结构为锂离子和电子提供了快速扩散通道，从而可实现电极材料的快速充放电性能。为了在不使用粘结剂和导电添加剂的情况下实现活性物质和石墨烯集流体的良好接触以促进电子传输和提高弯折时电极材料的稳定性，研究人员发展了原位水热合成方法在石墨烯三维连通网络结构上直接生长活性物质，如磷酸铁锂和钛酸锂。将磷酸铁锂/石墨烯和钛酸锂/石墨烯复合材料分别作为正负极，采用柔性硅胶为封装体，组装了具有很好柔性的锂离子全电池。该柔性锂离子电池在弯曲时，其充放电特性保持不变，并可在6分钟内完成充电（达到初始容量的90%），在100次循环之后容量保持率在96%。
该研究为高性能柔性锂离子电池的设计和制备提出了一种新思路。这种可快速充电的柔性锂离子电池的制备工艺简单，具有潜在的实际应用价值。该研究成果于10月8日在《美国科学院院刊》（PNAS）上在线发表（PNAS，2012，doi：10.1073/pnas.1206839109）。此外，该研究团队还充分利用石墨烯和碳纳米管的优异特性，发展出超级电容器和锂-硫电池用柔性电极材料（ACSNano3（7），1745，2009；AdvancedEnergyMaterials1（5），917，2011；Energy&EnvironmentalScience5，8901，2012），为柔性储能器件的开发奠定了良好基础。上述工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院有关项目的资助。（中国证券报）
