石墨烯在锂电池领域潜力怎么样？能否取代铅酸电池呢？
来源：宝鄂实业
2019-04-15 12:34
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从20世纪初，X射线晶体学的创立以来，科学家就已经开始接触到石墨烯了。1918年，欧洲科学家V.Kohlschütter和P.Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质。1948年，G.鲁斯和F.沃格特发表了最早用透射电子显微镜拍摄的少层石墨烯(层数在3层至10层之间的石墨烯)图像。
石墨烯电池，就是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性开发出的一种新型电池。
世界上的首款石墨烯聚合材料电池由西班牙Graphenano公司和科尔瓦多大学合作研发，其中Graphenano公司也是世界上第一家以工业规模生产石墨烯的公司。
此后全世界的电池企业对于石墨烯都寄予了极高的期待值，纷纷投入重金进行研发。从2014年到2018年，中国国际石墨烯创新大会连续五年成功举办，向世界展示了代表中国石墨烯产业顶级发展水平的成果，学习和吸收了国际石墨烯产业优秀发展经验。
目前常见的三元锂电池能量密度在180-200mAh/g，而石墨烯聚合材料电池的能量密度则可以超过600mAh/g。也就是说，如果将特斯拉P85上的电池替换为同等重量的石墨烯电池，其续航里程将达到约1500km，是原来的3倍。
但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。
虽然石墨烯因为用途广泛，储能丰富，价格低廉，已经成为现代工业的“味精”。应用前景也十分广阔。但是真正走向全民普及时代依然任重而道远。
另外，随着我国电动车的飞速发展，动力电池产业也持续爆发。出于对客车安全等多方面因素考虑，目前LFP电池的电动大巴占据我国电动大巴车总量的90%以上。随着，城市污染问题的进一步被重视，电动大巴车的增量也持续扩大，更多的燃油大巴车将被替换。因此，我国动力电池这一部分市场对LFP电池的需求量也在持续增长。
LFP具有橄榄石结构（图1），对锂工作电压可到达3.4 V，理论容量为170 mAh/g[1]，有优良的热稳定性和毒性低的优点，这意味着电池的可靠性、安全性和高循环次数。它不含稀有材料，对电池成本有更高的可控性。虽然它的能量密度与三元材料相比不占有优势，但其特有的安全性、可靠性和成本优势，使LFP技术成为最有潜力替代铅酸电池的储能技术，也使它在电动大巴市场占据主导地位。然而，LFP有较差的电子和离子电导率，难以实现更高的电化学性能，特别是高倍率性能。在我国新能源产业飞速发展的今天，无论储能还是电动车行业，对电池性能的提升都有迫切的渴望。市场需求的推动，促使研究人员不断地对提升LFP电池性能进行研究。
