中國粉體網(wǎng)訊 隨著產(chǎn)業(yè)技術的不斷突破及下游端各類應用的持續(xù)開發(fā)，石墨烯材料商業(yè)化應用進程在加速。未來石墨烯市場前景巨大，有望催生萬億級新市場。目前全球石墨烯年產(chǎn)能達到百噸級，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預計，未來5-10年石墨烯產(chǎn)能將達到千噸級。
石墨烯負極應用于鋰離子電池的研究進程
石墨烯因其優(yōu)異的物理化學特性，被認為是極具應用潛力的新型鋰離子電池負極材料。自2008年首次應用于鋰離子電池以來，石墨烯負極經(jīng)歷了長足發(fā)展，同時也取得了巨大的突破。目前，石墨烯負極材料的商業(yè)化應用已經(jīng)有了一定的基礎。多家企業(yè)對石墨烯負極材料應用進行嘗試，推動材料規(guī)�；a(chǎn)，多個項目實現(xiàn)落地。
2022年9月，貴州省黔東南苗族侗族自治州岑鞏縣舉行年產(chǎn)6萬噸石墨烯鋰離子電池負極材料項目簽約儀式。岑鞏縣政府與江蘇米格新材料有限公司簽署了石墨烯負極材料項目（一期）的合作協(xié)議。該項目總投資4.5億元。
2023年3月，超級石墨烯鈦鋰電池項目落戶新疆喀什。該項目由國電建湖南新能源發(fā)展有限公司投資建設，總投資65億元，項目規(guī)劃布局新能源超級石墨烯儲能電池、儲能柜、新型動力電池三大板塊。相關負責人表示，超級石墨烯鈦鋰電池采用高新新能源技術，具有容量大、壽命長、充電速度快等優(yōu)勢，將有力地滿足未來我國新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展需求。
另據(jù)相關媒體報道，廣東省一家集團企業(yè)投資建設了石墨烯負極材料生產(chǎn)線。據(jù)了解，該生產(chǎn)線利用石墨烯精粉技術進行生產(chǎn)加工，這種精細粉末具有優(yōu)異的導電性和熱導率，是制造高性能電池的理想材料。生產(chǎn)線全長約140米，采用了零污染工藝，遵循低能耗和低成本的原則。另外，生產(chǎn)線通過智能化加工工藝，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。該生產(chǎn)線預計一年可產(chǎn)1000至1300噸負極材料。
1、石墨烯負極材料有何特點？
①石墨烯作為負極材料的優(yōu)點：
鋰離子電池負極作為儲鋰主體，對電池的性能起到重要影響。是否具有良好的鋰離子傳輸通道和電子傳輸通道是斷定負極材料優(yōu)劣性的重要依據(jù)。石墨烯既具備提供良好電子傳輸通道的能力，又有優(yōu)異的鋰離子傳輸性能。石墨烯導電性能優(yōu)異，其片層間距極小，僅為微納米量級，使得鋰離子的擴散路徑較短。同時，石墨烯和鋰離子的結合是在石墨烯的整個外表面進行，因此提升了傳輸性能。
②石墨烯作為負極材料的缺點：
石墨烯直接作為鋰離子電池負極材料性能不穩(wěn)定，存在一些缺點：單層石墨烯片層極易堆積，比表面積的減少使其喪失了部分高儲鋰空間；首次庫倫效率低；初期容量衰減快；電壓平臺及電壓滯后等。
2、如何改進石墨烯負極材料性能？
①石墨烯負極儲鋰能力的提升
盡管理論容量是商業(yè)石墨負極的兩倍，但石墨烯的晶相、微結構和形態(tài)會極大地影響鋰離子的存儲和擴散。通過形態(tài)學工程調(diào)控，石墨烯負極可呈現(xiàn)出更高的電解液浸潤性、更多的儲鋰位點以及更短的鋰離子擴散路徑，從而獲得優(yōu)異的容量和倍率性能；此外，表面修飾將使石墨烯負極表現(xiàn)出更為獨特的表面結構和功能，從而顯著提升石墨烯負極的儲鋰性能。
②石墨烯衍生物負極電化學性能的改善
將雜原子引入石墨烯晶格中可有效地調(diào)節(jié)其表面電荷分布，同時由此造成的結構扭曲可進一步抑制石墨烯層的聚集，賦予了石墨烯豐富的活性儲鋰位點。此外，通過共價鍵將氧化還原官能團、空間位阻基團以及鹵素原子鍵合到石墨烯表面也可進一步提升石墨烯負極的電化學性能。
③無粘結劑和柔性自支撐石墨烯電極
傳統(tǒng)電極制備工藝是將活性材料、聚合物粘合劑和導電添加劑分散到有機溶劑中形成漿料后再涂覆在集流體上。使用無粘結劑電極可顯著提升石墨烯材料的利用率，并避免使用有機溶劑，實現(xiàn)電池綠色制造。同時，柔性自支撐石墨烯薄膜電極也為柔性可穿戴電子設備的發(fā)展帶來了巨大的機遇。
石墨烯負極的挑戰(zhàn)和前景
小結
目前，石墨烯負極材料的商業(yè)化應用已經(jīng)初具規(guī)模，但仍面臨挑戰(zhàn)。技術改進、生產(chǎn)成本的降低以及大規(guī)模生產(chǎn)能力提升是當前需要重點解決的問題。隨著科學和工程領域?qū)κ┴摌O材料研究的不斷深入，這些問題未來有望逐步得到解決。
參考來源：
艾偉教授、黃維院士AM綜述文章：石墨烯負極在鋰離子電池應用中的回顧與展望.科學材料站
探索未來能源新宇宙！元亨集團石墨烯負極材料引領新能源技術革命.實況網(wǎng)
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“多面嬌娃”石墨烯如何在鋰電領域展身手？.中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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