石墨烯在鋰電領(lǐng)域的“一波三折” 鋰電行業(yè)的新技術(shù)和大事件

隨著鋰電技術(shù)突飛猛進(jìn)，能量密度已經(jīng)接近當(dāng)前電池體系的極限，但距電動(dòng)汽車的需求依然相去甚遠(yuǎn)，革新電池材料體系已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)的共識(shí)。

事實(shí)上，電池企業(yè)對新型電池的研究也已經(jīng)熱火朝天了，比如遨優(yōu)動(dòng)力的富鋰錳基電池、集創(chuàng)云天的鎳錳酸鋰以及絕大部分電池企業(yè)都開始布局的固態(tài)電池等等。而筆者今天想談的是一個(gè)讓鋰電人士又愛又恨的新材料——石墨烯。

關(guān)于石墨烯在鋰電領(lǐng)域的過往，已經(jīng)被業(yè)內(nèi)媒體講爛了，筆者這里就不做過多的贅述，簡單來講，可以用“一波三折”來概括。起初驚采絕艷，無數(shù)人報(bào)以巨大的期望；隨后希望帶來失望，讓鋰電人不屑一顧；最后以石墨烯漿料的形式淪為導(dǎo)電劑，算是“泯然眾人矣”。

現(xiàn)在提起石墨烯，正常人的第一想法大概是“吹牛皮”或是“很遙遠(yuǎn)”，但在筆者看來，其實(shí)不然。如果將石墨烯作為電池核心材料看，確實(shí)還比較遙遠(yuǎn)，如果有人夸夸其談必然是吹牛皮；不過如果作為輔助材料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是淪為導(dǎo)電劑的泯然眾人。

畢竟不管如何貶低石墨烯，都不能否認(rèn)它本身是一款超級材料。從被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在有十來年了，但真正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域，不過一兩年。因此石墨烯作為主材，各方面技術(shù)都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋰電需求，但作為輔材其實(shí)意義重大。

被業(yè)內(nèi)人士熟知的其實(shí)還僅有石墨烯漿料，但事實(shí)上，石墨烯在鋰電其他領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)開始走向成熟了，比如最近有企業(yè)利用石墨烯制成動(dòng)力電池膜，可以非常有效的提升低溫性能，也有企業(yè)將石墨烯用在結(jié)構(gòu)件上。

不難想象，不久的將來可以在動(dòng)力電池上看到更多石墨烯的影子。盡管距成為主材還相去甚遠(yuǎn)，但在鋰電技術(shù)競爭升級的背景下，石墨烯帶來的性能提升相當(dāng)彌足珍貴。因此，筆者其實(shí)非常期待石墨烯在鋰電領(lǐng)域的第二春，而這一天或許不太遠(yuǎn)。

下面就來看看本周鋰電行業(yè)都有哪些新技術(shù)和大事件吧。

1

新一代動(dòng)力電池用石墨烯加熱膜面世

鴻納科技結(jié)合多年石墨烯應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，成功開發(fā)了一種動(dòng)力電池用石墨烯加熱膜。此種加熱膜利用石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，可實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力電池快速均勻加熱，且具有良好的柔韌性和耐溫性。

鴻納東莞研發(fā)的石墨烯加熱膜與炭黑加熱膜、PTC加熱板、PI加熱膜相比，具有更低面功率，更快升溫速度，更加均勻的溫度分布。相比現(xiàn)有產(chǎn)品，石墨烯加熱膜綜合性能優(yōu)異，可滿足動(dòng)力電池的應(yīng)用要求。

點(diǎn)評：自去年國軒、比亞迪采用石墨烯漿料以后，不少業(yè)內(nèi)人士就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，石墨烯對于鋰電來說盡管直接用于負(fù)極不太現(xiàn)實(shí)，但作為輔助材料依然很有前途。作為導(dǎo)電劑的石墨烯漿料已經(jīng)得到了電池企業(yè)的廣泛認(rèn)可，但事實(shí)上，石墨烯是一種非常神奇的材料，筆者也很期待它在鋰電領(lǐng)域更多的應(yīng)用。

2

日本研究出新負(fù)極材料：可提升電池容量與壽命

日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)(NIMS)日前公布，他們的一個(gè)研究小組成功合成了氧化錳納米片和石墨烯交替重疊的材料，而這種新型負(fù)極材料可提高電池容量兩倍以上。

據(jù)悉，該復(fù)合材料作為鋰及鈉離子充電電池的負(fù)極材料，可將電池充放電容量提高兩倍以上，且能延長重復(fù)使用壽命，或?qū)⒖梢越鉀Q現(xiàn)如今電池容量和壽命不可兼得的問題。

研究小組在溶液中分散氧化錳納米片并與石墨烯混合，合成了交互多層的層壓復(fù)合材料，而此次通過把兩種物質(zhì)從分子水平復(fù)合得到的復(fù)合材料，得到了單獨(dú)材料難以實(shí)現(xiàn)的高特性。據(jù)悉，這種復(fù)合材料除用于充電電池之外，還可大幅提高超級電容器、電極催化劑等能量儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效能。

點(diǎn)評：氧化錳納米片和石墨烯交替重疊的負(fù)極材料，僅僅聽名字就很復(fù)雜，而復(fù)雜的材料往往難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。盡管距產(chǎn)業(yè)化還比較遙遠(yuǎn)，但這樣的研究又是鋰電發(fā)展進(jìn)程中必不可少的環(huán)節(jié)。而以石墨烯為突破口，其實(shí)在科研界已經(jīng)非常普遍了，雖然石墨烯一直給人不太靠譜的影響，但坦白說，筆者至今都對石墨烯抱有希望。

3

哥倫比亞大學(xué)研發(fā)新型仿生柔性鋰離子電池

哥倫比亞大學(xué)Guoyu Qian等人受到生物脊骨結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，研發(fā)了一款柔性鋰離子電池，在保證良好的柔性的同時(shí)，還保持了高體積能量密度的優(yōu)勢。

柔性的電池的基本結(jié)構(gòu)可以分為一個(gè)主干，以及與主干相連的分支組成，這些分枝會(huì)圍繞著主干進(jìn)行卷繞，最終形成類似動(dòng)物脊椎骨的結(jié)構(gòu)，由主干與外電路連接。這樣的結(jié)構(gòu)不僅保證了電池具有良好的柔性，還極大的提高柔性電池的能量密度，在采用LiCoO2/石墨作為活性物質(zhì)時(shí)，該結(jié)構(gòu)的電池體積比能量可達(dá)242Wh/L。

在電化學(xué)性能測試中，無論是彎曲（彎曲半徑20mm，10000次）還是扭轉(zhuǎn)（扭轉(zhuǎn)90度1000次）的情況下該結(jié)構(gòu)的電池的循環(huán)性能都沒有受到影響，在0.2C倍率下循環(huán)100次，容量保持率可達(dá)94.3%，庫倫效率達(dá)到99.9%。

點(diǎn)評：講真，盡管藍(lán)牙耳機(jī)等可穿戴設(shè)備已經(jīng)比較常見，但以柔性電池為核心的“智能衣物”還比較遙遠(yuǎn)。有一位朋友在聊天時(shí)告知，當(dāng)前的智能大衣，成本控制不說，可靠性也非常低，尤其是折疊和清洗對電池的損害非常大，也因此，這位朋友正在嘗試將電池轉(zhuǎn)移到皮帶上，目前的樣品重達(dá)7斤，暫時(shí)還無法應(yīng)用。所以，作為消費(fèi)者不要期待太多，還是老老實(shí)實(shí)買傳統(tǒng)衣服吧。