中國粉體網(wǎng)訊 隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷突破及下游端各類應(yīng)用的持續(xù)開發(fā)，石墨烯材料商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程在加速。未來石墨烯市場前景巨大，有望催生萬億級(jí)新市場。目前全球石墨烯年產(chǎn)能達(dá)到百噸級(jí)，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預(yù)計(jì)，未來5-10年石墨烯產(chǎn)能將達(dá)到千噸級(jí)。
石墨烯負(fù)極應(yīng)用于鋰離子電池的研究進(jìn)程
石墨烯因其優(yōu)異的物理化學(xué)特性，被認(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的新型鋰離子電池負(fù)極材料。自2008年首次應(yīng)用于鋰離子電池以來，石墨烯負(fù)極經(jīng)歷了長足發(fā)展，同時(shí)也取得了巨大的突破。目前，石墨烯負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。多家企業(yè)對石墨烯負(fù)極材料應(yīng)用進(jìn)行嘗試，推動(dòng)材料規(guī)模化生產(chǎn)，多個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)落地。
2022年9月，貴州省黔東南苗族侗族自治州岑鞏縣舉行年產(chǎn)6萬噸石墨烯鋰離子電池負(fù)極材料項(xiàng)目簽約儀式。岑鞏縣政府與江蘇米格新材料有限公司簽署了石墨烯負(fù)極材料項(xiàng)目（一期）的合作協(xié)議。該項(xiàng)目總投資4.5億元。
2023年3月，超級(jí)石墨烯鈦鋰電池項(xiàng)目落戶新疆喀什。該項(xiàng)目由國電建湖南新能源發(fā)展有限公司投資建設(shè)，總投資65億元，項(xiàng)目規(guī)劃布局新能源超級(jí)石墨烯儲(chǔ)能電池、儲(chǔ)能柜、新型動(dòng)力電池三大板塊。相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，超級(jí)石墨烯鈦鋰電池采用高新新能源技術(shù)，具有容量大、壽命長、充電速度快等優(yōu)勢，將有力地滿足未來我國新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展需求。
另據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，廣東省一家集團(tuán)企業(yè)投資建設(shè)了石墨烯負(fù)極材料生產(chǎn)線。據(jù)了解，該生產(chǎn)線利用石墨烯精粉技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)加工，這種精細(xì)粉末具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)率，是制造高性能電池的理想材料。生產(chǎn)線全長約140米，采用了零污染工藝，遵循低能耗和低成本的原則。另外，生產(chǎn)線通過智能化加工工藝，提高生產(chǎn)效率，降低人工成本。該生產(chǎn)線預(yù)計(jì)一年可產(chǎn)1000至1300噸負(fù)極材料。
1、石墨烯負(fù)極材料有何特點(diǎn)？
①石墨烯作為負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)：
鋰離子電池負(fù)極作為儲(chǔ)鋰主體，對電池的性能起到重要影響。是否具有良好的鋰離子傳輸通道和電子傳輸通道是斷定負(fù)極材料優(yōu)劣性的重要依據(jù)。石墨烯既具備提供良好電子傳輸通道的能力，又有優(yōu)異的鋰離子傳輸性能。石墨烯導(dǎo)電性能優(yōu)異，其片層間距極小，僅為微納米量級(jí)，使得鋰離子的擴(kuò)散路徑較短。同時(shí)，石墨烯和鋰離子的結(jié)合是在石墨烯的整個(gè)外表面進(jìn)行，因此提升了傳輸性能。
②石墨烯作為負(fù)極材料的缺點(diǎn)：
石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料性能不穩(wěn)定，存在一些缺點(diǎn)：單層石墨烯片層極易堆積，比表面積的減少使其喪失了部分高儲(chǔ)鋰空間；首次庫倫效率低；初期容量衰減快；電壓平臺(tái)及電壓滯后等。
2、如何改進(jìn)石墨烯負(fù)極材料性能？
①石墨烯負(fù)極儲(chǔ)鋰能力的提升
盡管理論容量是商業(yè)石墨負(fù)極的兩倍，但石墨烯的晶相、微結(jié)構(gòu)和形態(tài)會(huì)極大地影響鋰離子的存儲(chǔ)和擴(kuò)散。通過形態(tài)學(xué)工程調(diào)控，石墨烯負(fù)極可呈現(xiàn)出更高的電解液浸潤性、更多的儲(chǔ)鋰位點(diǎn)以及更短的鋰離子擴(kuò)散路徑，從而獲得優(yōu)異的容量和倍率性能；此外，表面修飾將使石墨烯負(fù)極表現(xiàn)出更為獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)和功能，從而顯著提升石墨烯負(fù)極的儲(chǔ)鋰性能。
②石墨烯衍生物負(fù)極電化學(xué)性能的改善
將雜原子引入石墨烯晶格中可有效地調(diào)節(jié)其表面電荷分布，同時(shí)由此造成的結(jié)構(gòu)扭曲可進(jìn)一步抑制石墨烯層的聚集，賦予了石墨烯豐富的活性儲(chǔ)鋰位點(diǎn)。此外，通過共價(jià)鍵將氧化還原官能團(tuán)、空間位阻基團(tuán)以及鹵素原子鍵合到石墨烯表面也可進(jìn)一步提升石墨烯負(fù)極的電化學(xué)性能。
③無粘結(jié)劑和柔性自支撐石墨烯電極
傳統(tǒng)電極制備工藝是將活性材料、聚合物粘合劑和導(dǎo)電添加劑分散到有機(jī)溶劑中形成漿料后再涂覆在集流體上。使用無粘結(jié)劑電極可顯著提升石墨烯材料的利用率，并避免使用有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)電池綠色制造。同時(shí)，柔性自支撐石墨烯薄膜電極也為柔性可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇。
石墨烯負(fù)極的挑戰(zhàn)和前景
小結(jié)
目前，石墨烯負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模，但仍面臨挑戰(zhàn)。技術(shù)改進(jìn)、生產(chǎn)成本的降低以及大規(guī)模生產(chǎn)能力提升是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題。隨著科學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)κ┴?fù)極材料研究的不斷深入，這些問題未來有望逐步得到解決。
參考來源：
艾偉教授、黃維院士AM綜述文章：石墨烯負(fù)極在鋰離子電池應(yīng)用中的回顧與展望.科學(xué)材料站
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岑鞏縣舉行年產(chǎn)6萬噸石墨烯鋰離子電池負(fù)極材料項(xiàng)目簽約儀式.今日岑鞏
“多面嬌娃”石墨烯如何在鋰電領(lǐng)域展身手？.中國粉體網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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