石墨烯能用在涂层铝箔吗？石墨烯能用在隔膜吗？

石墨烯能用在涂层铝箔吗？

常规的锂离子电池极片制作工艺中，正极活性材料浆料直接涂布于铝箔表面，通过粘结剂使活性材料固定于集流体表面。但这种工艺存在两个方面的缺陷：

Ø 刚性的金属集流体与活性材料颗粒间接触面积有限，界面电阻大，引起电池内阻的上升，影响电池性能特别是大电流充放电条件下的性能；

Ø 粘结剂的粘结强度有限，在连续充放电过程中，很容易导致活性材料与集流体间的膨胀脱离，电池内阻进一步加大，降低电池循环寿命和安全性能。

因此，优化集流体与活性材料间的界面是提升锂离子电池性能的有效方法。对集流体进行表面处理是减少上述缺陷的主要途径，第一种方法是通过化学或物理的方法对集流体进行表面刻蚀，形成粗糙表面，从而提高集流体与活性材料的附着力，但该方法不利于大规模的生产。第二种方法是在集流体表面涂覆含导电材料的薄层（如导电炭黑层），增强活性材料与集流体间的「欧姆接触」和「粘结强度」，减少界面电阻，这类方法操作简单、成本低廉、工艺适应性强，是目前主流的技术。德国汉高采用导电炭黑涂层改性铝箔（单面涂层厚度5微米），可降低电池内阻，抑制充放电循环过程中内阻增加，提高充放电过程中电压平台稳定性，防止充放电过程中电解液对正极集流体腐蚀，增强大倍率放电性能，降低热效应，从而延长锂电池使用寿命。但也有人反应这类石墨烯功能涂层铝箔，其实际性能跟普通碳涂覆铝箔（A123联合汉高开发）并无多少提高，反倒是成本和工艺复杂程度增加不少，该技术商业化的可能性很低。

我倒是認為正如在上篇文章提到，引入石墨烯材料到锂离子电池正极材料系统可以提高正极材料的电导率，保护正极材料避免粉化、崩塌，抑制正极材料的溶解。当然，如果你选择错误的石墨烯，或是涂布工艺上无法确保一致性，甚至无法解决石墨烯与金属氧化物间界面及分散问题，说性能没有提高也是想当然耳的。接着，我们来看看石墨烯对电池的性能作用包括：

Ø 抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能；

Ø 降低电池内阻，并明显降低了循环过程的动态内阻增幅；

Ø 提高一致性，增加电池的循环寿命；

Ø 提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；

Ø 保护集流体不被电解液腐蚀；

Ø 提高磷酸铁锂电池的高、低温性能，改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。

结论：石墨烯各自负载正、负极材料做成涂层，再通过粘结剂涂布在铝箔（正极）及铜箔（负极）上。石墨烯涂层具有阻隔性，可有效减少氧化产生，並保护正极材料避免粉化、崩塌，抑制正极材料的溶解。

石墨烯能用在隔膜吗？

隔膜在正负极之间起电子绝缘、提供锂离子迁移微孔通道的作用，是保证电池体系安全、影响电池性能的关键材料。尽管隔膜不直接参与电极反应，但它影响电池动力学过程，决定着电池的充放电、循环寿命、倍率等性能。隔膜技术难点在于造孔的工程技术以及基体材料制备。其中造孔的工程技术包括隔膜造孔工艺、生产设备以及产品稳定性。国内隔膜厂家的以厚度 30um 以上的产品比较多，但是大多数成孔都不均匀，大部分孔都拉裂了，少数国产膜的均匀性超过了日本 UBE；但薄的（如 20/16 um）都还不成熟。隔膜对电池性能影响主要有如下方面：

Ø 制程中，主要影响短路和低压；

Ø 其次还有吸液性能；

Ø 电性能方面，主要影响内阻、倍率性能；

隔膜在锂离子电池中的功能主要体现在两个方面。一是给电池提供安全保障。隔膜材料首先必须具备良好的绝缘性，以防止正负极接触短路或是被毛刺、颗粒、枝晶刺穿而出现的短路，因此，隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺强度，不易撕裂，并在突发的高温条件下基本保持尺寸的稳定，不会熔缩导致电池的大面积短路和热失控。二是给锂离子电池提供实现充放电功能、倍率性能的微孔通道。因此，隔膜必须是具有较高孔隙率而且微孔分布均匀的薄膜。材料本身的特性和成膜后的孔隙特征制约着电池中锂离子的迁移，体现在性能参数上就是离子电导率。实务上，高容电池隔膜侧重于吸液性，孔隙率可以小一些，厚度要薄一些；高倍率电池对孔隙率和透气度要求较高，需要较合理的孔径分布。动力和电动自行车比较侧重安全性能，所以要求隔膜厚度要厚一些，孔隙率要小一些，而对于 HEV 或者 PEV 的隔膜则孔隙率不能太小，否则不适合倍率放电。

在锂电池充电过程中，由于电流密度及锂离子分布不均等因素，锂离子在负极表面不均匀沉积形成树枝状锂，多次循环之后就会形成锂枝晶。枝晶生长以及固体电解质接口不稳定都会消耗大量的锂和电解液，导致不可逆的电池容量损失。解决枝晶问题常用的方法包括：添加稳定负极-电解液界面的电解液添加剂、替换液体电解质为高强度凝胶/固体电解质、建立高强度锂负极表面保护层等处理。近来有学者提出借由大量减少局部电流密度，就能有效抑制锂枝晶的生长。根据这样的概念，采用具有超高比表面积的非堆栈石墨烯材料来降低局部电流密度（仅有采用铜箔阳极时的万分之一），同时抑制了枝晶的生长，从而带来均匀的锂沉积形态。

目前商品化的 PP、PE 隔膜受原材料物理性质的局限，在润湿性能、离子电导率、耐高温性能等方面的不足难以改善，性能提升的空间相对有限。当前的研究目标主要集中于提升隔膜的安全性及离子电导率。安全性的提升，主要依赖于热稳定性的提高，而离子电导率的提高，则依赖于隔膜对电解液润湿性能的提升，可通过表面改性、涂覆、开发新材料体系、采用新加工工艺等方式实现。我们在 2016年 8-12 月份做了二次试样，基本上加入石墨烯的确可以有效提升抗拉强度及伸长率。