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石墨烯或将引爆负极材料市场

信息来源: http://emcmy.com  时间:2019/1/4 9:44:54 

  虽然电动汽车发展缓慢导致锂离子动力电池市场仍未全面启动,但消费类数码产品市场(平板电脑、智能手机、超极本等)的快速增长继续拉动锂电池需求,因此,得益于手机、笔记本电脑、电动自行车等下游需求领域的增长,我国锂电池产业规模不断扩大,2013年中国锂离子电池产量突破46亿只,比2012年增长31%。锂电池需求的迅猛增长带动了正负极材料的下游的需求市场,也为正负极材料带来了更多的发展机遇。

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  负极材料是指电池中构成负极的原料,目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料。

  对于锂离子电池而言,电极材料是决定其能量密度的关键因素。据悉,目前锂电池负极材料的主要种类有天然石墨(59%),人造石墨(30%),中间相炭微球(8%)及其他类型(3%)。石墨类负极材料仍然占据锂电负极材料的主流地位。然而,由于现有技术等限制,当前主流负极材料(如人造石墨、中间相碳微球等)并不能实现人们希望将电池的能量密度大幅度提高的愿望,负极材料市场亟待高效的新型材料。因此,近年来钛酸锂、石墨烯等新型负极材料的研发与应用开始受到业内关注。

  石墨烯是一种新型材料,是已知材料中最薄的一种。因为它的电阻率极低,电子迁移的速度极快,科学家认为利用石墨烯可开发出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。因此,将石墨烯应用于锂离子电池负极材料中,可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。

  石墨烯的比表面积大,电性能良好,作为锂离子电池电极材料的潜力巨大。研究证明,石墨烯可阻止复合材料中纳米粒子的团聚,缓解充放电过程中的体积效应,延长材料的循环寿命;纳米粒子通过与Li+发生化学反应,可增加材料的嵌脱锂能力;粒子在石墨烯表面的附着,可减少材料形成SEI 膜过程中与电解质反应的能量损失。因此,石墨烯负极材料的研究对实际生产具有重要意义。研究人员称,调控石墨烯在集流体上的排列,以形成良好的电子和离子传输通道,可进一步提高石墨烯电极材料的性能。未来,研究人员可以通过利用金属氧化物和其他材料与石墨烯复合,从而更大地拓展负极材料发展空间。

  近年来,国内北京化工大学等高校和研究机构进行了石墨烯材料的研究工作。企业也开始推进石墨烯负极材料的产业化进程。2011年11月,常州第六元素材料科技股份有限公司成立,将生产用于锂电池负极材料的石墨烯。2012年4月,大连丽昌新材料有限公司建成了全自动石墨烯负极材料生产线,年产能达300吨。2013年以来,石墨烯产业化进程加快,未来,随着石墨烯技术的突飞猛进,石墨烯的特性将得到更好的挖掘与利用。我们已经看到,石墨烯的“加盟”,给负极材料的发展注入的崭新的活力。

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