石墨烯在鋰電池負(fù)極材料中的應(yīng)用

石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料，當(dāng)采用50mA/g的電流密度充放電時(shí)，該石墨烯電極材料的比容量為540mAh/g；再經(jīng)20次循環(huán)后，容量發(fā)生一定程度的衰減。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性，在材料學(xué)、微納加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等方面具有重要的應(yīng)用前景，無論是輕薄、硬度、導(dǎo)熱、導(dǎo)電，都是所有材料之最，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料。

研究發(fā)現(xiàn)，這可能與材料中石墨烯片層的排列方式未得到優(yōu)化有關(guān)。以石墨烯紙作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，循環(huán)性能就不太理想，首次循環(huán)之后，比容量就下降到100mAh/g以下(充放電電流密度50mA/g)。文獻(xiàn)等采用熱膨脹氧化石墨法制備的石墨烯，將其應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中。當(dāng)采用1mA/g的電流密度充放電時(shí)，其比容量可達(dá)554mAh/g。

鋰電池負(fù)極材料石墨烯的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景

近年來由于新能源汽車的快速發(fā)展，對(duì)動(dòng)力鋰電池需求飛速提升，全球動(dòng)力電池在鋰電池產(chǎn)量中的占比由2014年的14%快速提升到2015年的28%；而中國(guó)動(dòng)力電池在鋰電池產(chǎn)量中的占比也由2014年的19%快速提升到2015年的36%。

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)可以分為上游的礦產(chǎn)資源、中游的原材料、產(chǎn)品制造與組裝、下游的應(yīng)用三大范疇。在產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)中，鋰電池隔膜制造環(huán)節(jié)的毛利率是最高的。負(fù)極材料技術(shù)是最成熟的，其中石墨系負(fù)極材料仍是主流。

仍技術(shù)角度來看，未來鋰離子電池負(fù)極材料將會(huì)呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的迚步，目前的鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)仍單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負(fù)極材料共存的局面。

天然石墨負(fù)極材料技術(shù)有了較大的迚步，其可逆容量已達(dá)360mAh/g以上，在消費(fèi)型鋰離子電池中獲得了廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)在未來的小型電池中，高容量電池仍將以天然石墨為主。人造石墨負(fù)極材料當(dāng)前的應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)寽命，較低的極片反彈，而缺點(diǎn)是容量相對(duì)較低。目前在人造石墨的技術(shù)改迚使得人造石墨也可以發(fā)揮350mAh/g的可逆容量。將人造石墨與天然石墨復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極材料也已被許多電池廠家所認(rèn)可。軟/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、金屬合金、硅碳合金等新型負(fù)極材料目前已經(jīng)處于試用階段，可能在未來幾年里會(huì)逐步產(chǎn)業(yè)化。新型的負(fù)極材料雖然有其特殊的優(yōu)勢(shì)，但技術(shù)仍然不成熟。