石墨烯及其在锂电池领域的应用2017报告

2016年8月石墨烯复合导电剂在锂电池领域的应用什么是石墨烯？石墨烯：是一种由碳原子构成的单层片状结构，且只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身，如果说20世纪是硅的世纪，神奇的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。1789年2004年1985年1991年1990年诺贝尔奖2010年诺贝尔奖石墨富勒烯碳纳米管石墨烯石墨烯的制备方法

化学气相沉积法

外延生长法

溶剂热法机械剥离法氧化还原法溶剂剥离法超临界剥离法Bottom-upgraphene（自下而上）Top-downgraphene（自上而下）

气体碳源做原料石墨做原料Greensynthesisofgrapheneinlargescale

Inthiswork,asupercriticalCO2exfoliationmethodisusedtopreparegraphenepowderwithlayernumberintherangeof1-10inlargescale.Theadvantagesofthismethodareenvironmentally-friendlyandthegraphenewithlessdefects.实现超临界法制备大批量的少层石墨烯石墨原料CO2分子插层流体剪切剥离石墨烯气体膨胀剥离法制备石墨烯通过气体膨胀剥离法生产石墨烯纳米片产量：100吨/年纯度：>99wt%（碳含量）厚度：2-10nm直径：5-20μm（可调节）密度：0.25g/cm3体积电阻率：4*10-4ohm.cm方阻：100-300Ω/□技术创新性与先进性方法化学气相沉积法氧化还原法机械剥离法超临界剥离法原料种类金属基底、甲烷、氢气、氩气等石墨、浓硫酸、高锰酸钾等石墨石墨、介质流体原料物质甲烷石墨石墨石墨反应温度900-1000OC0-100OC室温约40-70OC生产工艺复杂，转移困难复杂（多步）简单一步法生产周期长18h

以上长1-2h产品质量高，呈膜状结晶度低结晶度高结晶度高环保影响无污染废液污染无污染无污染是否适宜放大生产不适宜较适宜不适宜适宜满足国家需求环保问题突出国家在“十三五”发展规划中明确提出“将重点发展纯电动汽车及插电式混合动力汽车”。

由于石墨烯优异的导电特性可以大幅度提升锂电池的性能，这为石墨烯在新能源领域的应用提供了契机！纯电动汽车机动车尾气排放已成为大气污染重要来源！

石墨烯用于锂电池及电动汽车锂电池的研究现状锂电池的正极材料研究现状钴酸锂(LCO)镍钴锰酸锂(NCM)锰酸锂(LMO)磷酸铁锂(LFP)镍钴铝酸锂(NCA)分子式LiCoO2LiNixCoyMn1-x-yO2LiMn2O4LiFePO4LiNi0.7Co0.3-xAlxO2电压平台3.73.63.83.33.7比容量150160120150170振实密度2.8-3.02.0-2.32.2-2.41.0-1.42.0-2.4优点充放电稳定，工艺简单电化学性能稳定，循环性能好锰资源丰富。价格较低，安全性能好高安全性，环保长寿高能量密度，低温性能好缺点钴价格昂贵，循环寿命较低钴价格昂贵能量密度低，电解质相容性差低温性能较差，放电电压低高温性能差，安全性能差，生产技术门槛高三种动力用正极性能比较正极材料能量密度安全循环寿命成本高低温性能锰酸锂居中较好一般最低高温下最稳定三元材料最高一般一般最高容易热分解磷酸铁锂最低最好好居中低温性能差目前镍钴锰三元材料主要仍是和钴酸锂、锰酸锂等掺杂使用于手机、平板电脑及小型动力电池领域，未来的市场份额预计将进一步提高，新能源汽车领域将成为其主要市场之一，而钴酸锂的市场份额将减少。负极材料性能对比负极材料负极材料细分比容量（mAh/g）首次效率循环寿命/次安全性快充特质碳系负极天然石墨340-37090%1000一般一般人造石墨310-36093%1000一般一般中间相炭微球300-34094%1000一般一般石墨烯400-60030%10一般差钛酸锂钛酸锂165-17099%30000最高最好合金系负极硅80060%200差差锡60060%200差差Li+(固态扩散)增强导电性增加整体能量和功率密度研究状况:2.有限的单位面积负载量减小传输距离，利于锂离子传输提高能量密度目前电极材料的限制:低电导率(10-10S/cm）低离子迁移速率(10-16cm2/s)结构稳定性(<500个循环)1.大量导电添加剂等额外组分，尤其对于纳米材料石墨烯用于锂离子电池-背景锂离子电池正极用导电材料的发展历程第三代第四代第二代第一代乙炔炭黑superp瑞士特密高导电剂碳纳米管石墨烯复合Superp导电浆料能显著提高极片导电、导热和加工性能，减少导电剂和粘胶剂用量，降低电池内阻，提高电池容量、倍率充放电能力、循环寿命及安全性。石墨烯纳米管正极用石墨烯/碳纳米管复合导电浆料石墨烯和碳纳米管构成的导电网络和碳纳米管相比石墨烯复合导电材料的优势如下：1.增加导电通道；2.减少碳纳米管团聚；3.降低价格普通碳纳米管石墨烯/碳纳米管可水相分散或NMP分散特点：石墨烯/碳纳米管复合导电浆料年产2000吨石墨烯/碳纳米管复合导电浆料测试条件：0℃低温测量正极：磷酸铁锂，负极：锂片G-CNTCNT炭黑0度循环后阻抗炭黑CNTG-CNT实验室测量结果石墨烯/碳纳米管复合导电材料导电性G-CNT在天津力神锂电池公司测试的结果石墨烯/碳纳米管复合导电材料实验对比正极LMOLMO负极LTOLT