產業化方興未艾
雖然目前國內針對石墨烯材料的研發進展多有濫美之詞,但這并不妨礙石墨烯在鋰電池應用方面的巨大前景。
康飛宇告訴《高工鋰電》,目前石墨烯在鋰電池應用領域的研究主要集中在兩個方面:一個是電極復合材料,另一個是導電添加劑。
在正極材料方面,通過噴霧干燥方法可獲得磷酸鐵鋰、石墨烯復合正極材料。由石墨烯形成的三維導電網絡與磷酸鐵鋰納米顆粒緊密結合,極大提高了電極材料的電導率。同時,復合材料中的多孔結構又滿足了鋰離子快速遷移的需要,因此石墨烯改性磷酸鐵鋰材料的倍率性能和循環穩定性均較傳統的熱解碳包覆改性有了顯著提升。
而采用石墨烯材料的新型鋰離子電池導電劑能夠大幅降低電池內阻,提高電池散熱性能,因此可顯著提升電池倍率性能和循環壽命,同時可有效降低導電劑用量,從而提高電池容量。研究表明,添加1%石墨烯導電劑的磷酸鐵鋰電池性能已和添加2%碳納米管導電劑的電池相當。
與此同時,現階段鋰電池的一個突出矛盾就是能量密度低,且進步緩慢。電池的能量密度指單位體積或質量所儲存的電能。能量密度越高,產品使用時間越長,體積也越小而輕便。
鋰電池另一致命的缺點是,使用壽命也不盡如人意。純電動車的電池系統是由多個單體電池串并聯組成電池組,再由若干電池組形成的電池包。北京化學試劑研究所高級工程師廖紅英表示,就像“木桶原理”,性能*弱的單個電池決定了這個電池包的壽命,“若有一個害群之馬,整個電池包可能就會停止工作”。在純電動車的制造成本中,電池占到4 0%~6 0%。一般汽車是1 5年的使用壽命,純電動車中鋰電池的使用年限僅5年。
一輛普通家用轎車的價格約10萬元,如果購買相同配置的純電動車,則要再支付10萬元的電池成本,這讓消費者難以接受。
電動自行車領域也是這樣,雖然鋰電池的能量密度、循環充電次數都大大優于鉛酸電池。但鉛酸電池的更換成本平均為450元左右,鋰電池則為1000元左右,因此鋰電池僅占據了3%左右的市場份額。
“石墨烯材料在鋰離子電池中的應用則會極大地改善這種現狀,在提高電池能量密度的同時,將極大的提升電池倍率性能和循環壽命。”康飛宇表示,隨著石墨烯材料在鋰離子電池應用的研究中不斷取得突破,在不久的將來,動力鋰電池技術上存在的一些缺陷終將會迎刃而解。
根據高工鋰電研究院(GBII)發布的*新研究報告顯示,中國是世界上除日本外*大的鋰電池生產國及主要消費國,2012年市場規模達到640億元。其中筆記本電腦占29%,手機占36%,為*大應用領域。但是,動力鋰電池只發展了十年時間,仍處于早期的幼稚階段。
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