石墨烯及其在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用2017報告

2016年8月石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用什么是石墨烯？石墨烯：是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)，且只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯集合世界上最優(yōu)質(zhì)的各種材料品質(zhì)于一身，如果說20世紀(jì)是硅的世紀(jì)，神奇的石墨烯則是21世紀(jì)新材料的寵兒。1789年2004年1985年1991年1990年諾貝爾獎2010年諾貝爾獎石墨富勒烯碳納米管石墨烯石墨烯的制備方法

化學(xué)氣相沉積法

外延生長法

溶劑熱法機械剝離法氧化還原法溶劑剝離法超臨界剝離法Bottom-upgraphene（自下而上）Top-downgraphene（自上而下）

氣體碳源做原料石墨做原料Greensynthesisofgrapheneinlargescale

Inthiswork,asupercriticalCO2exfoliationmethodisusedtopreparegraphenepowderwithlayernumberintherangeof1-10inlargescale.Theadvantagesofthismethodareenvironmentally-friendlyandthegraphenewithlessdefects.實現(xiàn)超臨界法制備大批量的少層石墨烯石墨原料CO2分子插層流體剪切剝離石墨烯氣體膨脹剝離法制備石墨烯通過氣體膨脹剝離法生產(chǎn)石墨烯納米片產(chǎn)量：100噸/年純度：>99wt%（碳含量）厚度：2-10nm直徑：5-20μm（可調(diào)節(jié)）密度：0.25g/cm3體積電阻率：4*10-4ohm.cm方阻：100-300Ω/□技術(shù)創(chuàng)新性與先進(jìn)性方法化學(xué)氣相沉積法氧化還原法機械剝離法超臨界剝離法原料種類金屬基底、甲烷、氫氣、氬氣等石墨、濃硫酸、高錳酸鉀等石墨石墨、介質(zhì)流體原料物質(zhì)甲烷石墨石墨石墨反應(yīng)溫度900-1000OC0-100OC室溫約40-70OC生產(chǎn)工藝復(fù)雜，轉(zhuǎn)移困難復(fù)雜（多步）簡單一步法生產(chǎn)周期長18h

以上長1-2h產(chǎn)品質(zhì)量高，呈膜狀結(jié)晶度低結(jié)晶度高結(jié)晶度高環(huán)保影響無污染廢液污染無污染無污染是否適宜放大生產(chǎn)不適宜較適宜不適宜適宜滿足國家需求環(huán)保問題突出國家在“十三五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出“將重點發(fā)展純電動汽車及插電式混合動力汽車”。

由于石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電特性可以大幅度提升鋰電池的性能，這為石墨烯在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用提供了契機！純電動汽車機動車尾氣排放已成為大氣污染重要來源！

石墨烯用于鋰電池及電動汽車鋰電池的研究現(xiàn)狀鋰電池的正極材料研究現(xiàn)狀鈷酸鋰(LCO)鎳鈷錳酸鋰(NCM)錳酸鋰(LMO)磷酸鐵鋰(LFP)鎳鈷鋁酸鋰(NCA)分子式LiCoO2LiNixCoyMn1-x-yO2LiMn2O4LiFePO4LiNi0.7Co0.3-xAlxO2電壓平臺3.73.63.83.33.7比容量150160120150170振實密度2.8-3.02.0-2.32.2-2.41.0-1.42.0-2.4優(yōu)點充放電穩(wěn)定，工藝簡單電化學(xué)性能穩(wěn)定，循環(huán)性能好錳資源豐富。價格較低，安全性能好高安全性，環(huán)保長壽高能量密度，低溫性能好缺點鈷價格昂貴，循環(huán)壽命較低鈷價格昂貴能量密度低，電解質(zhì)相容性差低溫性能較差，放電電壓低高溫性能差，安全性能差，生產(chǎn)技術(shù)門檻高三種動力用正極性能比較正極材料能量密度安全循環(huán)壽命成本高低溫性能錳酸鋰居中較好一般最低高溫下最穩(wěn)定三元材料最高一般一般最高容易熱分解磷酸鐵鋰最低最好好居中低溫性能差目前鎳鈷錳三元材料主要仍是和鈷酸鋰、錳酸鋰等摻雜使用于手機、平板電腦及小型動力電池領(lǐng)域，未來的市場份額預(yù)計將進(jìn)一步提高，新能源汽車領(lǐng)域?qū)⒊蔀槠渲饕袌鲋?，而鈷酸鋰的市場份額將減少。負(fù)極材料性能對比負(fù)極材料負(fù)極材料細(xì)分比容量（mAh/g）首次效率循環(huán)壽命/次安全性快充特質(zhì)碳系負(fù)極天然石墨340-37090%1000一般一般人造石墨310-36093%1000一般一般中間相炭微球300-34094%1000一般一般石墨烯400-60030%10一般差鈦酸鋰鈦酸鋰165-17099%30000最高最好合金系負(fù)極硅80060%200差差錫60060%200差差Li+(固態(tài)擴散)增強導(dǎo)電性增加整體能量和功率密度研究狀況:2.有限的單位面積負(fù)載量減小傳輸距離，利于鋰離子傳輸提高能量密度目前電極材料的限制:低電導(dǎo)率(10-10S/cm）低離子遷移速率(10-16cm2/s)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(<500個循環(huán))1.大量導(dǎo)電添加劑等額外組分，尤其對于納米材料石墨烯用于鋰離子電池-背景鋰離子電池正極用導(dǎo)電材料的發(fā)展歷程第三代第四代第二代第一代乙炔炭黑superp瑞士特密高導(dǎo)電劑碳納米管石墨烯復(fù)合Superp導(dǎo)電漿料能顯著提高極片導(dǎo)電、導(dǎo)熱和加工性能，減少導(dǎo)電劑和粘膠劑用量，降低電池內(nèi)阻，提高電池容量、倍率充放電能力、循環(huán)壽命及安全性。石墨烯納米管正極用石墨烯/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電漿料石墨烯和碳納米管構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和碳納米管相比石墨烯復(fù)合導(dǎo)電材料的優(yōu)勢如下：1.增加導(dǎo)電通道；2.減少碳納米管團聚；3.降低價格普通碳納米管石墨烯/碳納米管可水相分散或NMP分散特點：石墨烯/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電漿料年產(chǎn)2000噸石墨烯/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電漿料測試條件：0℃低溫測量正極：磷酸鐵鋰，負(fù)極：鋰片G-CNTCNT炭黑0度循環(huán)后阻抗炭黑CNTG-CNT實驗室測量結(jié)果石墨烯/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電材料導(dǎo)電性G-CNT在天津力神鋰電池公司測試的結(jié)果石墨烯/碳納米管復(fù)合導(dǎo)電材料實驗對比正極LMOLMO負(fù)極LTOLT