雖然電動汽車發展緩慢導致鋰離子動力
電池市場仍未全面啟動,但消費類數碼產品市場的快速增長繼續拉動鋰
電池需求,因此,得益于手機、筆記本電腦、電動自行車等下游需求領域的增長,我國鋰電池產業規模不斷擴大,2013年中國鋰離子電池產量突破46億只,比2012年增長31%。鋰電池需求的迅猛增長帶動了正負極材料的下游的需求市場,也為正負極材料帶來了更多的發展機遇。
負極材料是指電池中構成負極的原料,目前常見的負極材料有碳負極材料、錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、合金類負極材料和納米級負極材料。
對于鋰離子電池而言,電極材料是決定其能量密度的關鍵因素。據悉,目前鋰電池負極材料的主要種類有天然石墨(59%),人造石墨(30%),中間相炭微球(8%)及其他類型(3%)。石墨類負極材料仍然占據鋰電負極材料的主流地位。然而,由于現有技術等限制,當前主流負極材料(如人造石墨、中間相碳微球等)并不能實現人們希望將電池的能量密度大幅度提高的愿望,負極材料市場亟待高效的新型材料。因此,近年來鈦酸鋰、石墨烯等新型負極材料的研發與應用開始受到業內關注。
石墨烯是一種新型材料,是已知材料中最薄的一種。因為它的電阻率極低,電子遷移的速度極快,科學家認為利用石墨烯可開發出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體,也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。因此,將石墨烯應用于鋰離子電池負極材料中,可以大幅度提高負極材料的電容量和大倍率充放電性能。
石墨烯的比表面積大,電性能良好,作為鋰離子電池電極材料的潛力巨大。研究證明,石墨烯可阻止復合材料中納米粒子的團聚,緩解充放電過程中的體積效應,延長材料的循環壽命;納米粒子通過與Li+發生化學反應,可增加材料的嵌脫鋰能力;粒子在石墨烯表面的附著,可減少材料形成SEI膜過程中與電解質反應的能量損失。因此,石墨烯負極材料的研究對實際生產具有重要意義。研究人員稱,調控石墨烯在集流體上的排列,以形成良好的電子和離子傳輸通道,可進一步提高石墨烯電極材料的性能。未來,研究人員可以通過利用金屬氧化物和其他材料與石墨烯復合,從而更大地拓展負極材料發展空間。
近年來,國內北京化工大學等高校和研究機構進行了石墨烯材料的研究工作。企業也開始推進石墨烯負極材料的產業化進程。2011年11月,常州第六元素材料科技股份有限公司成立,將生產用于鋰電池負極材料的石墨烯。2012年4月,大連麗昌新材料有限公司建成了全自動石墨烯負極材料生產線,年產能達300噸。2013年以來,石墨烯產業化進程加快,未來,隨著石墨烯技術的突飛猛進,石墨烯的特性將得到更好的挖掘與利用。我們已經看到,石墨烯的“加盟”,給負極材料的發展注入的嶄新的活力。
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