石墨烯锂离子电池寿命可循环使用3万次是真的吗？

 

　　烯储霸王的发布是既去年全球首款石墨烯空气净化器与全球首个石墨烯高端产业应用——“石墨烯表面波探测技术”发布之后的又一重大产品。去年以来，石墨烯电池被炒的沸沸扬扬，大多对石墨烯电池抱有怀疑，甚至是质疑的态度。那么，石墨烯电池到底是真的吗？本次的烯储霸王发布会上给出了答案。

　　碳世纪董事长闫立群告诉记者，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，相对比较低端，”闫立群说。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，时间长之后会导致氧化，导电性减弱，石墨烯覆盖后会解决该问题，提升微观导电性，无法比拟宏观的金属导电性。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：可循环使用3万次以上，是普通充电电池30倍

　　碳世纪发布全球首款石墨烯锂离子充电电池烯储霸王是标准5号电池，直径为14.5mm，高度50mm。5号电池在很多小电器和数码产品中广泛使用，为家庭必备电池，此后还将推出7号电池。

　　烯储霸王与普通5号电池相比优势明显，每节电池额定电压为1.9V，即电池的放电平台电压为1.9V，比普通干电池的1.5V高0.2v，可以带来更强劲的动力。另外，与普通充电的镍氢电池相比，在正确的充放电条件下，循环寿命高达30000次，普通充电的镍氢电池充电次数为1000次。工作温度为-40℃~65℃，普通镍氢电池工作环境0℃~40℃，普通锂电池工作环境为-10℃~40℃。据了解，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时，最直接的表现是直接关机或停用。

　　闫立群介绍，普通的干电池是锌锰电池，是用碳做正极，用锌筒做负极。普通锂电池主要以磷酸铁锂做正极，石墨做负极。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（普通锂电池负极是碳，普通干电池负极是锌片），大大提高了电子导电率，能够快速充电。石墨烯包覆后的钛酸锂和电池中的电解液反应时的产气率大大降低，有效提高了电池的高温循环寿命。

　　为什么选择这类民用电池来研发制作呢？现场有记者问道。闫立群干脆的回答，为人们所需要，能够立马就能够用得上，“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，”在闫立群看来，科学指发现与突破，技术是要转为生产力，改变人们的生活，从而为人们的幸福作出贡献。碳世纪始终坚持并践行的一份梦想就是运用石墨烯把科学发现转化为生产力，真正的实现“科学与技术让人们的生活更美好”。

　　碳世纪作为一家专精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，具备极强的创新性与创新精神。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。1、石墨烯单独用于负极材料;2、与其它新型负极材料，比如硅基和锡基材料以及过渡金属化合物形成复合材料;3、负极导电添加剂。石墨烯单独用做锂电负极材料的可能吗?用作锂电负极产业化前景渺茫纯石墨烯的充放电曲线跟高比表面积硬碳和活性炭材料非常相似，都具有首次循环库仑效率极低、充放电平台过高、电位滞后严重以及循环稳定性较差的缺点，这些问题其实都是高比表面无序碳材料的基本电化学特征。

 

石墨烯的振实和压实密度都非常低，成本极其昂贵，根本不存在取代石墨类材料直接用作锂离子电池负极的可能性。既然单独使用石墨烯作为负极不可行，那么石墨烯复合负极材料呢?石墨烯与其它新型负极材料，比如硅基和锡基材料以及过渡金属化合物形成复合材料，是当前“纳米锂电”最热门的研究领域，在过去数年发表了上千篇paper。

 

复合的原理，一方面是利用石墨烯片层柔韧性来缓冲这些高容量电极材料在循环过程中的体积膨胀，另一方面石墨烯优异的导电性能可以改善材料颗粒间的电接触降低极化，这些因素都可以改善复合材料的电化学性能。但是，并不是说仅仅只有石墨烯才能达到改善效果，综合运用常规的碳材料复合技术和工艺，同样能够取得类似甚至更好的电化学性能。

 

比如Si/C复合负极材料，相比于普通的干法复合工艺，复合石墨烯并没有明显改善材料的电化学性能，反而由于石墨烯的分散性以及相容性问题而增加了工艺的复杂性而影响到批次稳定性。如果综合考量材料成本、生产工艺、加工性和电化学性能，石墨烯或者石墨烯复合材料实际用于锂电负极的可能性很小产业化前景渺茫。

 

作为正极：主要是用作导电剂添加到磷酸铁锂正极中，改善倍率和低温性能;也有添加到磷酸锰锂和磷酸钒锂提高循环性能的研究。用作导电剂无明显优势我们再来说说石墨烯用于导电剂的可能性，现在锂电常用的导电剂有导电炭黑、乙炔黑、科琴黑，SuperP等，现在也有电池厂家在动力电池上开始使用碳纤维(VGCF)和碳纳米管(CNT)作为导电剂。

 

石墨烯用作导电剂的原理是其二维高比表面积的特殊结构所带来的优异的电子传输能力。从目前积累的测试数据来看，VGCF、CNT以及石墨烯在倍率性能方面都比SuperP都有一定提高，但这三者之间在电化学性能提升程度上的差异很小，石墨烯并未显示出明显的优势。