石墨烯市場規(guī)模達10億 動力鋰電池成爆發(fā)點

鋰電池主要由正極、負極、隔膜和電解質(zhì)等組成，而決定鋰離子電池整體電化學(xué)性能的關(guān)鍵是電極材料。從鋰電池的工作原理看，電子和鋰離子共同參與到鋰離子電池充放電過程中，鋰離子電池的電極必須是離子和電子的混合導(dǎo)體。

　　但是，由于鋰電池正極活性材料多為過渡金屬氧化物或過渡金屬磷酸鹽，它們多為半導(dǎo)體或絕緣體，導(dǎo)電性較差，其電導(dǎo)率在10-3-10-9 S/cm 之間。同時，由于正極材料的電子傳導(dǎo)速率直接限制了Li+在固相中的遷移速率，特別是在快速充放電條件下，會引起極化電壓的升高和放電平臺的過早結(jié)束，從而導(dǎo)致循環(huán)容量的迅速衰減。

　　1、鋰電池導(dǎo)電劑：有效提升鋰電池正極導(dǎo)電性

　　鋰電池在新能源汽車的廣泛使用對鋰電池的性能提出了更高的要求，包括其導(dǎo)電性、續(xù)航能力和循環(huán)壽命等，其中為了解決正極材料導(dǎo)電性差等問題，通常是在電極活性材料中加入高電導(dǎo)性的導(dǎo)電劑。導(dǎo)電添加劑的作用就是在具體活性物質(zhì)之間、活性物質(zhì)與集流體之間收集微電流以減小電極的接觸電阻，加速電子的移動速率。因此，在鋰離子電池電極材料中加入導(dǎo)電劑構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以降低電池內(nèi)阻，有效提高電子的遷移速率，從而提升電極的充放電速率并保證電池良好的充放電性能。

　　

　　2、石墨烯導(dǎo)電劑：性能卓越，力壓群雄

　　目前導(dǎo)電劑包括傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（以炭黑為代表）、碳納米管以及石墨烯。導(dǎo)電碳黑的特點是粒徑小，比表面積大，在電池中它可以起到吸液保液的作用，缺點是價格高，難以分散。碳納米管是近年新興的導(dǎo)電劑，它一般直徑在5納米左右，長度達到10-20微米，它不僅能夠在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中充當“導(dǎo)線”的作用，同時它還具有雙電層效應(yīng)，發(fā)揮超級電容器的高倍率特性。相比之下，石墨烯作為一個后起的新材料，擁有比導(dǎo)電炭黑和碳納米管更卓越的性能。

　　石墨烯是二維片狀納米材料，理論上比表面積達到2630m2/g，微觀強度達到130GPa，是鋼材的100 倍，熱導(dǎo)率是金剛石的3倍，載流子遷移率是硅的10倍，電阻率是室溫下最低的材料。因此，石墨烯具有非常優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，在鋰電池產(chǎn)品中的應(yīng)用極具潛力、前景廣闊。作為鋰電池導(dǎo)電劑，由于石墨烯的單原子層二維片狀結(jié)構(gòu)，可在電極材料間形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電機制由傳統(tǒng)的點、線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)槊娼佑|。

　　

　　在同樣導(dǎo)電劑添加量的前提下，石墨烯的電阻率是碳納米管的十分之一，是導(dǎo)電碳黑的四十分之一，導(dǎo)電性能遠好于導(dǎo)電炭黑與碳納米管。并且，石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)高達5300W/m K，比所有材料導(dǎo)熱性都強，有利于電池散熱，提高電池的高低溫性能，延長電池的壽命。

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　　除了提升鋰電池的導(dǎo)電性外，石墨烯導(dǎo)電劑維持導(dǎo)電性的前提下，由于更少的添加量，間接的提升了磷酸鐵鋰的壓實密度，從而能間接提升電池的體積能量密度；另一方面，磷酸鐵鋰導(dǎo)電性能增加，電池倍率也會得到明顯提高；添加石墨烯導(dǎo)電劑的動力電池容量衰減程度遠勝于其他類型動力電池，電池循環(huán)壽命大幅提升。

　　3、石墨烯產(chǎn)業(yè)化：難點破解，鋰電領(lǐng)域率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

　　一直以來，石墨烯的批量生產(chǎn)面臨成本較高、良率較低、品質(zhì)不穩(wěn)定等問題，而低成本的批量生產(chǎn)制備缺陷少、層數(shù)低的高品質(zhì)石墨烯是其產(chǎn)業(yè)化的前提；石墨烯作為納米級材料容易聚集，如何在鋰離子電池的正極材料中有效的分散石墨烯是另外一大難點。隨著研發(fā)技術(shù)的不斷進步，制約石墨烯導(dǎo)電劑的產(chǎn)業(yè)化難點目前均已得到解決。

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