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石墨烯在鋰電池上的應(yīng)用前景渺茫

作者: 時間:2016-08-22 來源:電源技術(shù)雜志 收藏
編者按:未來石墨烯在鋰離子電池上的應(yīng)用前景微乎其微的,相比于鋰離子電池,石墨烯在超級電容器尤其是微型超級電容器方面的應(yīng)用前景似乎稍微靠譜一點點,但是我們?nèi)匀灰獙σ恍W(xué)術(shù)界的炒作保持警惕,目前所標榜的石墨烯電池并不存在,炒作這個概念其噱頭意義遠大于實用價值。

  用作導(dǎo)電劑無明顯優(yōu)勢

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201608/295812.htm

  我們再來說說用于導(dǎo)電劑的可能性,現(xiàn)在鋰電常用的導(dǎo)電劑有導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、科琴黑,SuperP等,現(xiàn)在也有電池廠家在動力電池上開始使用碳纖維(VGCF)和碳納米管(CNT)作為導(dǎo)電劑。

  用作導(dǎo)電劑的原理是其二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)異的電子傳輸能力。從目前積累的測試數(shù)據(jù)來看,VGCF、CNT以及在倍率性能方面都比SuperP都有一定提高,但這三者之間在電化學(xué)性能提升程度上的差異很小,石墨烯并未顯示出明顯的優(yōu)勢。

  那么,添加石墨烯有可能讓電極材料性能爆發(fā)嗎?答案是否定的。以iPhone手機電池為例,其電池容量的提升主要是由于LCO工作電壓提升的結(jié)果,將上限充電電壓從4.2V提升到目前i-Phone6上的4.35V,使得LCO的容量從145mAh/g逐步提高到160-170mAh/g(高壓LCO必須經(jīng)過體相摻雜和表面包覆等改性措施),這些提高都跟石墨烯無關(guān)。

  也就是說,如果你用了截止電壓4.35V容量170mAh/g的高壓鈷酸鋰,你加多少石墨烯都不可能把鈷酸鋰的容量提高到180mAh/g,更別說動不動就提高幾倍容量的所謂“石墨烯電池”了。添加石墨烯有可能提高電池循環(huán)壽命嗎?這也是不可能的。石墨烯的比表面積比CNT更大,添加在負極只能形成更多的SEI而消耗鋰離子,所以CNT和石墨烯一般只能添加在正極用來改善倍率和低溫性能。

  但是,石墨烯表面豐富的官能團就是石墨烯表面的小傷口,添加過多不僅會降低電池能量密度,而且會增加電解液吸液量,另外一方面還會增加與電解液的副反應(yīng)而影響循環(huán)性,甚至有可能帶來安全性問題。那么成本方面呢?目前石墨烯的生產(chǎn)成本極其昂貴,而市場上所謂的廉價“石墨烯”產(chǎn)品基本上都是氧化石墨烯。

  即便是氧化石墨烯成本也高于CNT,而CNT的成本又比VGCF高。而且在分散性和加工性方面,VGCF比CNT和石墨烯更容易操作,這正是為什么昭和電工的VGCF正逐漸打入動力電池市場的主要原因??梢娛┰谟米鲗?dǎo)電添加劑方面,目前跟CNT和VGCF在性價比方面并沒有優(yōu)勢可言。

  當前國內(nèi)石墨烯的火熱形勢,讓筆者聯(lián)想到了十幾年前的碳納米管(CNT)。如果對比石墨烯和CNT,我們就會發(fā)現(xiàn)這兩者有著驚人的相似之處,都具有很多幾乎完全一樣的“奇特的性能”,當年CNT的這些“神奇的性能”現(xiàn)在是完全套用在了石墨烯身上。CNT是在上世紀末開始在國際上火熱起來的,2000-2005年之間達到高潮。CNT據(jù)說功能非常之多,在鋰電領(lǐng)域也有很多“獨特性能”。

  但是二十多年過去了,至今也沒看到CNT的這些“奇特的性能”在什么領(lǐng)域有實實在在的規(guī)?;瘧?yīng)用。在鋰電方面,CNT也僅僅是用作正極導(dǎo)電劑這兩年在LFP動力電池里面開始了小規(guī)模的試用(性價比仍不及VGCF),而LFP動力電池已經(jīng)注定不可能成為電動汽車主流技術(shù)路線。

  相比于CNT,石墨烯在電化學(xué)性能方面與之非常相似并無任何特殊之處,反倒是生產(chǎn)成本更高,生產(chǎn)過程對環(huán)境污染更加嚴重,實際操作和加工性能更加困難。根據(jù)自己多年的鋰電研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗,筆者并不認為石墨烯會在鋰離子電池領(lǐng)域有多少實際應(yīng)用價值,當前所謂的“石墨烯電池”純屬炒作。對比CNT和石墨烯,筆者要說的是“歷史總是何其相似”!



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