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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 化學化工區(qū) » 電化學 » 化學電源 » 不應全盤否定石墨烯在鋰電的應用前景
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hexm至尊木蟲 (著名寫手)
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不應全盤否定石墨烯在鋰電的應用前景 已有27人參與
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亞化咨詢認為，不應全盤否認石墨烯在鋰電的應用前景，哪怕只能提升電池性能的3%-5%，仍然值得研究。石墨烯未來有成本大幅下降的可能性，用于改善鋰離子電池的性能將具備性價比。 2015年底，工信部等三部委聯(lián)合出臺《關于加快石墨烯產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，新材料將納入“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，而石墨烯正是新材料領域的重點發(fā)展對象。 與此同時，由于政策、補貼和資金等一系列因素的支持，以及技術進步和成本降低突破了臨界點，2015年中國新能源汽車及鋰離子電池產業(yè)鏈迎來了爆發(fā)式增長。2015年各類EV和PHEV總產量超過30萬臺，帶來了超過15GWh的動力電池需求量。 在此背景下，石墨烯作為一種充滿想象力的材料，其在鋰離子電池和新能源汽車領域的應用就非常受人關注。以至于諸如《西班牙研發(fā)石墨烯電池 8分鐘將電動汽車充滿電》、《韓國研發(fā)新型石墨烯電池 電動汽車充電時間短至16秒》這種夸大其辭的新聞讓非專業(yè)人士充滿困惑。作為光伏和鋰電領域的專業(yè)研究機構，亞化咨詢下面將從石墨烯定義、生產方法、在鋰電池領域的應用等方面為讀者理清概念，去偽存真。 1. 什么是石墨烯和石墨烯微片？ 維基百科對石墨烯的定義：石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、具有最大強度、彈性、最強導電導熱性能的一種新型納米材料，幾乎完全透明。 百度百科對石墨烯微片的定義：石墨烯微片（Graphene Nanoplatelets)是指碳層數(shù)多于10層、厚度在5-100納米范圍內的超薄的石墨烯層狀堆積體。 因此，石墨烯厚度只有一層碳原子，而石墨烯微片的碳層數(shù)多于10層。石墨烯微片不等于石墨烯，它的性能與真正意義上的石墨烯相差甚遠。石墨烯是以面積來度量的，以千克乃至噸來度量產量的是石墨烯微片�？蒲袡C構、生產企業(yè)和投資者不應混淆這兩個概念。 2. 石墨烯如何生產？ 石墨烯的主要生產方法有：機械剝離法、化學氣相沉積法（CVD）、氧化-還原法、溶劑剝離法等。 大部分中國企業(yè)采用的氧化-還原法制備石墨烯，是由天然石墨經強酸氧化生成氧化石墨，經過超聲分散制備成氧化石墨烯，然后加入還原劑后得到石墨烯。但該方法制備的石墨烯一般是多層石墨烯或者石墨微晶。 3. 石墨烯在鋰離子電池領域的應用 鋰電行業(yè)對石墨烯在鋰離子電池的應用已經開展了許多研究，亞化咨詢根據(jù)公開文獻資料整理如下。 石墨烯用于鋰電正極材料：1. 石墨烯對改善磷酸鐵鋰電池倍率性能的研究；2. 與磷酸錳鋰和磷酸釩鋰復合提高循環(huán)性能的研究。 石墨烯用于鋰電負極材料：1. 石墨烯直接作為鋰離子電池負極；2. 石墨烯/SnO2復合材料作為鋰離子電池負極；石墨烯/Si復合材料作為鋰離子電池負極；石墨烯與Fe2O3、TiO2、Co3O4等復合作為鋰離子電池負極；3. 負極導電添加劑。 無論是石墨烯改性正極材料還是與硅基、錫基材料以及過渡金屬化合物形成復合材料方面的研究，結論表明石墨烯的加入可改善復合材料的電化學性能，但提升幅度有限。另一方面，從商用角度來看，考慮材料成本、加工工藝、批次穩(wěn)定性等因素，石墨烯大規(guī)模應用于鋰電充滿了挑戰(zhàn)。 亞化咨詢對石墨烯在鋰離子電池的應用提出以下觀點，與業(yè)界分享： 1. 鋰離子電池之所以能夠在新能源汽車領域取得主導地位，源于過去幾十年持續(xù)改進技術，緩慢但不斷地提高性能。每一次性能提升的幅度雖然不大，但量變積累起來引起質變，終于實現(xiàn)了電動汽車的初步實用化。 2. 因此，石墨烯在鋰電的應用前景不應全盤否認，石墨烯（包括石墨烯微片）在鋰離子電池的應用仍然值得研究，哪怕只能提升電池性能的3%-5%。 3. 隨著石墨烯在其他領域應用研究的繼續(xù)開展，以及制備技術的成熟，石墨烯未來有成本大幅下降的可能性。在此基礎上，石墨烯用于提升鋰離子電池的性能將具備性價比。 4. 大部分類似于《西班牙研發(fā)石墨烯電池 8分鐘將電動汽車充滿電》、《韓國研發(fā)新型石墨烯電池 電動汽車充電時間短至16秒》之類的新聞，都是在實驗室里特定的條件下實現(xiàn)的片面的性能，現(xiàn)階段不具備工業(yè)化的可能性，由于技術變革和競爭，未來也很大概率不能實現(xiàn)工業(yè)化。 5. 現(xiàn)有商品化的“石墨烯電池”只是在鋰離子電池的基礎上通過石墨烯改進性能。“石墨烯電池”的概念是不準確的，有誤導之嫌。 2016碳酸鋰及鋰電正極材料研討會將于4月19日在上海召開。會議將探討國家新能源汽車產業(yè)政策趨勢，全球與中國鋰資源分布、供需與價格展望，中國礦石與鹽湖鹵水制碳酸鋰項目進展，動力電池對正極材料的技術需求，磷酸鐵鋰、三元材料性能優(yōu)化與應用，下一代鋰電正極材料技術展望等。 |
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