石墨烯在锂电领域的“一波三折” 锂电行业的新技术和大事件

高工锂电技术与应用 发表于 2018-04-11 14:15:34 收藏 已收藏
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石墨烯在锂电领域的“一波三折” 锂电行业的新技术和大事件

高工锂电技术与应用 发表于 2018-04-11 14:15:34

随着锂电技术突飞猛进,能量密度已经接近当前电池体系的极限,但距电动汽车的需求依然相去甚远,革新电池材料体系已经是行业内的共识。

事实上,电池企业对新型电池的研究也已经热火朝天了,比如遨优动力的富锂锰基电池、集创云天的镍锰酸锂以及绝大部分电池企业都开始布局的固态电池等等。而笔者今天想谈的是一个让锂电人士又爱又恨的新材料——石墨烯。

关于石墨烯在锂电领域的过往,已经被业内媒体讲烂了,笔者这里就不做过多的赘述,简单来讲,可以用“一波三折”来概括。起初惊采绝艳,无数人报以巨大的期望;随后希望带来失望,让锂电人不屑一顾;最后以石墨烯浆料的形式沦为导电剂,算是“泯然众人矣”。

现在提起石墨烯,正常人的第一想法大概是“吹牛皮”或是“很遥远”,但在笔者看来,其实不然。如果将石墨烯作为电池核心材料看,确实还比较遥远,如果有人夸夸其谈必然是吹牛皮;不过如果作为辅助材料,远远不是沦为导电剂的泯然众人。

毕竟不管如何贬低石墨烯,都不能否认它本身是一款超级材料。从被发现到现在有十来年了,但真正进入产业化领域,不过一两年。因此石墨烯作为主材,各方面技术都还远远不能满足锂电需求,但作为辅材其实意义重大。

被业内人士熟知的其实还仅有石墨烯浆料,但事实上,石墨烯在锂电其他领域的应用已经开始走向成熟了,比如最近有企业利用石墨烯制成动力电池膜,可以非常有效的提升低温性能,也有企业将石墨烯用在结构件上。

不难想象,不久的将来可以在动力电池上看到更多石墨烯的影子。尽管距成为主材还相去甚远,但在锂电技术竞争升级的背景下,石墨烯带来的性能提升相当弥足珍贵。因此,笔者其实非常期待石墨烯在锂电领域的第二春,而这一天或许不太远。

下面就来看看本周锂电行业都有哪些新技术和大事件吧。

1

新一代动力电池用石墨烯加热膜面世

鸿纳科技结合多年石墨烯应用经验,成功开发了一种动力电池用石墨烯加热膜。此种加热膜利用石墨烯优异的导电导热性能,可实现对动力电池快速均匀加热,且具有良好的柔韧性和耐温性。 

鸿纳东莞研发的石墨烯加热膜与炭黑加热膜、PTC加热板、PI加热膜相比,具有更低面功率,更快升温速度,更加均匀的温度分布。相比现有产品,石墨烯加热膜综合性能优异,可满足动力电池的应用要求。

点评:自去年国轩、比亚迪采用石墨烯浆料以后,不少业内人士就已经认识到,石墨烯对于锂电来说尽管直接用于负极不太现实,但作为辅助材料依然很有前途。作为导电剂的石墨烯浆料已经得到了电池企业的广泛认可,但事实上,石墨烯是一种非常神奇的材料,笔者也很期待它在锂电领域更多的应用。

2

日本研究出新负极材料:可提升电池容量与寿命

日本物质材料研究机构(NIMS)日前公布,他们的一个研究小组成功合成了氧化锰纳米片和石墨烯交替重叠的材料,而这种新型负极材料可提高电池容量两倍以上。

据悉,该复合材料作为锂及钠离子充电电池的负极材料,可将电池充放电容量提高两倍以上,且能延长重复使用寿命,或将可以解决现如今电池容量和寿命不可兼得的问题。

研究小组在溶液中分散氧化锰纳米片并与石墨烯混合,合成了交互多层的层压复合材料,而此次通过把两种物质从分子水平复合得到的复合材料,得到了单独材料难以实现的高特性。据悉,这种复合材料除用于充电电池之外,还可大幅提高超级电容器、电极催化剂等能量储存及转换系统的效能。

点评:氧化锰纳米片和石墨烯交替重叠的负极材料,仅仅听名字就很复杂,而复杂的材料往往难以实现产业化。尽管距产业化还比较遥远,但这样的研究又是锂电发展进程中必不可少的环节。而以石墨烯为突破口,其实在科研界已经非常普遍了,虽然石墨烯一直给人不太靠谱的影响,但坦白说,笔者至今都对石墨烯抱有希望。

3

哥伦比亚大学研发新型仿生柔性锂离子电池

哥伦比亚大学Guoyu Qian等人受到生物脊骨结构的启发,研发了一款柔性锂离子电池,在保证良好的柔性的同时,还保持了高体积能量密度的优势。

柔性的电池的基本结构可以分为一个主干,以及与主干相连的分支组成,这些分枝会围绕着主干进行卷绕,最终形成类似动物脊椎骨的结构,由主干与外电路连接。这样的结构不仅保证了电池具有良好的柔性,还极大的提高柔性电池的能量密度,在采用LiCoO2/石墨作为活性物质时,该结构的电池体积比能量可达242Wh/L。

在电化学性能测试中,无论是弯曲(弯曲半径20mm,10000次)还是扭转(扭转90度1000次)的情况下该结构的电池的循环性能都没有受到影响,在0.2C倍率下循环100次,容量保持率可达94.3%,库伦效率达到99.9%。

点评:讲真,尽管蓝牙耳机等可穿戴设备已经比较常见,但以柔性电池为核心的“智能衣物”还比较遥远。有一位朋友在聊天时告知,当前的智能大衣,成本控制不说,可靠性也非常低,尤其是折叠和清洗对电池的损害非常大,也因此,这位朋友正在尝试将电池转移到皮带上,目前的样品重达7斤,暂时还无法应用。所以,作为消费者不要期待太多,还是老老实实买传统衣服吧。

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