石墨烯市場已達(dá)到10億個鋰電池的爆炸點(diǎn)

石墨烯市場已達(dá)到10億個鋰電池的爆炸點(diǎn)
來源：東莞市捷誠石墨制品有限公司 發(fā)布時間：2018-12-08 點(diǎn)擊次數(shù)：136


鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解液組成。決定鋰離子電池整體電化學(xué)性能的關(guān)鍵是電極材料，從鋰離子電池的工作原理出發(fā)，電子和鋰離子參與鋰離子電池的充放電過程。鋰離子電池的電極必須是離子和電子的混合導(dǎo)體。

然而，由于鋰電池正極活性物質(zhì)大多是過渡金屬氧化物或過渡金屬磷酸鹽，因此它們大多是導(dǎo)電性差的半導(dǎo)體或絕緣體，其導(dǎo)電性介于10-3-10-9Scm之間。陰極材料的E直接限制了固相中李+的輸運(yùn)速率。特別是在快速充放電條件下，極化電壓升高，放電平臺過早終止，導(dǎo)致循環(huán)容量迅速衰減。

鋰電池的廣泛應(yīng)用，對鋰電池的導(dǎo)電性、耐久性和循環(huán)壽命提出了更高的要求。為了解決陰極材料導(dǎo)電性差的問題，通常在電極活性物質(zhì)中加入高導(dǎo)電性導(dǎo)電劑，導(dǎo)電添加劑的作用是收集特定活性物質(zhì)之間以及活性物質(zhì)與膠體之間的微電流。因此，在鋰離子電池電極材料中加入導(dǎo)電劑來構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以降低電池的內(nèi)阻，有效地提高電池的電子遷移率。遷移率，從而提高了電極的充放電速率，保證了電池的良好充放電性能。



目前，導(dǎo)電劑包括傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑（以炭黑）、碳納米管和石墨烯，導(dǎo)電炭黑具有粒徑小、比表面積大的特點(diǎn)。它能吸收液體并在電池中保持液體。其缺點(diǎn)是價格昂貴，難以分散。碳納米管（CNT）是近年來出現(xiàn)的新型導(dǎo)電劑。它們的直徑一般為5納米，長度為10-20微米。石墨烯不僅可以充當(dāng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的導(dǎo)體，而且具有雙層效應(yīng)，在超級電容器中扮演著高速的角色，相比之下，石墨烯作為一種新興的材料，比導(dǎo)電炭黑和碳納米管具有更優(yōu)異的性能。

石墨烯是一種二維片狀納米材料，理論比表面積2630m2/g，微強(qiáng)度130GPa，鋼100倍，導(dǎo)熱系數(shù)3倍，載流子遷移率10倍，室溫電阻率最低。因此，石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，在鋰電池產(chǎn)品的應(yīng)用中具有巨大的潛力和廣闊的前景。在電極材料之間，導(dǎo)電機(jī)理由傳統(tǒng)的點(diǎn)線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娼佑|。



在導(dǎo)電劑用量相同的前提下，石墨烯的電阻率是碳納米管的十分之一，是導(dǎo)電炭黑的百分之四十。石墨烯的導(dǎo)熱性能明顯優(yōu)于導(dǎo)電炭黑和碳納米管，而且石墨烯的導(dǎo)熱性能高達(dá)5300Wm K，優(yōu)于所有材料。有利于電池的散熱、高低溫性能，延長電池的壽命。

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除了提高鋰離子電池的電導(dǎo)率外，石墨烯導(dǎo)體還保持了鋰離子電池的電導(dǎo)率，這間接地提高了磷酸鐵鋰由于較少的添加而導(dǎo)致的壓實(shí)密度，從而間接地提高了鋰的體積能量密度。另一方面，磷酸鐵鋰的電導(dǎo)率增加，電池倍增率顯著提高，石墨烯導(dǎo)電劑使動力電池容量比其它類型的動力電池下降更多，循環(huán)次數(shù)l電池壽命大大增加。

長期以來，石墨烯的批量生產(chǎn)一直面臨著成本高、產(chǎn)率低、質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。低成本批量生產(chǎn)質(zhì)量好、缺陷少、層數(shù)少的石墨烯是石墨烯產(chǎn)業(yè)化的前提，而石墨烯作為納米材料容易聚集，如何有效地制備鋰離子電池正極材料是分散石墨烯的另一大難題。隨著研發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，解決了制約石墨烯導(dǎo)電劑產(chǎn)業(yè)化的難題。

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