石墨烯在锂电池领域的发展动力与阻力何在?

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石墨烯在锂电池领域的发展动力与阻力何在?

目前石墨烯在锂电池中的添加形式主要有导电添加剂、电极复合材料及直接作为负极材料三种形式。其中,石墨烯导电添加剂的导电、放电性能远远优于传统导电剂,其在制备过程中不涉及复杂的合成过程,因此可控性较强,难度较低,成功率较高,目前石墨烯导电剂研发技术已经相对成熟。

据石墨烯产业联盟数据显示,2017年石墨烯导电剂价格为230美元/千克,与碳纳米管导电剂价格大致相同,预计到2020年石墨烯导电剂价格将降至113美元/千克,而碳纳米管价格将维持在200美元/千克的水平,石墨烯导电剂的价格优势将逐步显现。

■ 石墨烯在锂离子电池领域应用仍存一些问题:

1 石墨烯制备过程中片层容易堆积,降低了理论容量。

2 首次循环库伦效率较低,大量锂离子嵌入后无法脱出,降低电解质和正极材料的活性。

3 锂离子的重复嵌脱使得石墨烯片层结构更加致密,锂离子嵌脱难度加大而使得循环容量降低。

4 石墨烯振实密度较低,降低电池的功率密度。

为了能够满足在实际运用中对电池的循环寿命、快速大电流充放电、高比容量等需求,仍需要加强以下几个方面的研究:

为材料的商品化大规模生产应用,需注重石墨烯的制备工艺的低成本化,设计大规模生产石墨烯的制备工艺;

提高石墨烯及其复合电极材料的高倍率性能和循环寿命,使其能满足实际应用需求。

深入研究石墨烯的储锂机理及其复合材料中的微观形貌与电化学性能之间的关系, 深入研究石墨烯的尺寸结构缺陷以及孔径等对电化学性能的影响。

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