中國粉體網(wǎng)訊 近年來，隨著新能源汽車和移動(dòng)通訊設(shè)備的發(fā)展，利用石墨烯改進(jìn)、提升動(dòng)力、儲(chǔ)能電池材料的性能，正成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。不管是出于炒作的目的還是科研成果的發(fā)布，一時(shí)間石墨烯電池新聞“鋪天蓋地”！
第一款產(chǎn)品是東旭光電于2016年推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品——“烯王”。
第二款產(chǎn)品是2016年12月華為推出的業(yè)界首個(gè)高溫長壽命石墨烯助力的鋰電池。
第三款產(chǎn)品是東旭光電和貝斯特將石墨烯用在隔膜上做出的“國產(chǎn)石墨烯電池”。
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雖然“石墨烯電池”的新聞很多，但準(zhǔn)確的來講，目前市面上還沒有一款真正意義上的“石墨烯電池”，基本上都是在材料中加入一點(diǎn)石墨烯，以提高鋰電池的部分性能的石墨烯基鋰離子電池。具體我們就來分析一下石墨烯在鋰電池中到底能起什么作用。
據(jù)了解，石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用形式主要有這么幾種：1、石墨烯單獨(dú)用于正/負(fù)極材料;2、與其它新型負(fù)極材料，比如硅基和錫基材料以及過渡金屬化合物形成復(fù)合材料;3、作為集流體或集流體涂層，用于提高電池功率特性。
通過以上資料來看，石墨烯在鋰電池中的應(yīng)用還真不少，現(xiàn)在我們就來分析一下可行性到底有多大。
1、石墨烯直接作為正/負(fù)極材料
研究表明，純石墨烯的充放電曲線跟高比表面積硬碳和活性炭材料非常相似，都具有高比表面無序碳材料的基本電化學(xué)特征，即首次循環(huán)庫侖效率極低、充放電平臺(tái)過高、電位滯后嚴(yán)重以及循環(huán)穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)。
結(jié)構(gòu)上來看，石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)抑制鋰離子的擴(kuò)散，容易造成電池極化嚴(yán)重，這也導(dǎo)致了石墨烯的振實(shí)和壓實(shí)密度都非常低，再加上石墨烯成本極其昂貴。綜合來講，不存在取代傳統(tǒng)電極材料直接用作鋰離子電池的可能性。
2、石墨烯復(fù)合材料電極
石墨烯與硅基和錫基材料以及過渡金屬化合物形成復(fù)合材料電極。一方面來看，利用石墨烯的納米間隙可以很好地解決硅和錫材料的膨脹碎裂，另一方面，相互協(xié)同作用可有效緩解團(tuán)聚現(xiàn)象提高額外的儲(chǔ)鋰空間。
綜合來講，石墨烯復(fù)合材料做電極確實(shí)能改善復(fù)合材料的電化學(xué)性能，但考量材料成本、生產(chǎn)工藝、量產(chǎn)化可能，石墨烯復(fù)合材料電極做不到“一枝獨(dú)秀”，畢竟花了大力氣做出的材料性價(jià)比不高，也就沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的必要。
3、石墨烯作為導(dǎo)電劑
其他方面來看，加入到導(dǎo)電劑能提高材料的循環(huán)性能和高倍率性能，效果明顯高于天然石墨和乙炔黑，同時(shí)能將電芯內(nèi)阻減小至最小，有效地解決了阻礙鋰電池產(chǎn)品快速充電的技術(shù)瓶頸，同時(shí)大大延長了電池使用壽命，但高倍率性能不理想，難以廣泛應(yīng)用。
雖然理想很豐滿，但現(xiàn)實(shí)總是很骨感，片層結(jié)構(gòu)的石墨烯很難實(shí)現(xiàn)均勻分散，除此之外，石墨烯表面具有豐富的官能團(tuán)，添加過多不僅會(huì)降低電池能量密度，而且會(huì)增加電解液吸液量，同時(shí)還會(huì)增加與電解液的副反應(yīng)而影響循環(huán)性，甚至有可能帶來安全性問題。
4、石墨烯應(yīng)用于正極材料
研究表明，石墨烯作為輔料添加到正極材料中，可改善倍率和低溫性能。但是此類研究的重復(fù)性不高，筆者查閱相關(guān)資料，有研究表明，石墨烯包覆磷酸鐵鋰只能微弱提高充電性能，效果還不如碳納米管；而石墨烯包覆三元材料會(huì)使材料性能下降，若使用氧化石墨烯性能會(huì)略微改善。綜合來講，并不是特別理想。
總結(jié)
雖然石墨烯在鋰電池中的應(yīng)用目前并不可觀，但今天的石墨烯并不等同于未來的石墨烯，馬克思曾在其唯物辯證的哲學(xué)思想中提出：“新事物的發(fā)展經(jīng)歷著由小變大，由不完善到完善的過程，人們對(duì)新事物的認(rèn)可也有一定過程，事物的發(fā)展方向雖然道路曲折迂回，但終歸是前進(jìn)的和上升的。”石墨烯的性能與其層數(shù)息息相關(guān)，倘若有一天能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量單層石墨烯的量產(chǎn)，或許一切又會(huì)不一樣。
