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石墨烯在锂电池领域的发展动力与阻力何在?

字号+ 作者:新闻小编 来源:未知 2019-07-09 11:40 我要评论( )

:石墨烯在锂电池领域的发展动力与阻力何在? 本文作者:王庆娥/13501622562国内政策助力:开启石墨烯商业化大幕 石墨......

石墨烯在锂电池领域的发展动力与阻力何在?

本文作者:王庆娥/13501622562国内政策助力:开启石墨烯商业化大幕

石墨烯因其在电学、力学、导热散热、光学、高比表面积等方面表现出优异的性能,使其在电子信息、储能、节能环保、航空航天等领域拥有巨大的应用潜能,成为近年来的研发热点之一。

随着产业的发展,国家政策以市场为导向,逐步进行调整,多部门合力推进,发布了一系列相关政策进行系统布局。据CGIA Research统计,2012年至2017年间,国家层面相关政策数量达20余条,地方层面相关政策数量达140余条。

历年石墨烯相关政策数量

数据来源:网络

在产业化推进方面,近几年来,国内已经有很多市场化的石墨烯产品问世,其中应用于锂电领域的石墨烯导电浆料生产企业有:东莞鸿纳、青岛昊鑫、华高等,石墨烯行业实现了从“讲故事”到“卖产品”这一质变的跨越。技术专利支持:国内石墨烯专利主要集中在锂离子电池领域

中国石墨烯应用技术专利领域分布(单位 %)

数据来源:前瞻经济学人

近年来,中国在石墨烯应用技术方面的研究持续增长,主要集中在储能、电子器件、水处理、气体处理、化工、医疗、检测、航空航天等。化工、储能和电子器件领域的石墨烯相关专利申请数量占比位居前三,三者合计占比接近90%,成为国内石墨烯应用的主要领域。

中国石墨烯储能应用技术专利细分领域TOP10(单位:个)

石墨烯专利在储能领域中主要集中在锂离子电池领域,锂离子电池相关的专利数为3077个,占据市场份额的40%以上。锂离子电池领域技术研发较多的原因在于,石墨烯具有优良的导电性、能够缓解电极材料的体积膨胀等,从而大幅提高动力电池的性能,因此石墨烯在锂离子电池的正极、负极、集流体、隔膜、导电添加剂等方面应用较广,未来市场前景尤为广阔。

其次,超级电容方面的专利数也较多,为1331个,占比为17.5%。锂电市场向好:中国锂电池行业市场前景向好

我国是锂离子电池最主要的生产国之一。2014年,我国锂离子电池产量达52.87亿只,占全球总产量的71.2%,已连续10年位居全球首位。截止至2018年底,我国锂离子电池产量达到139.87亿只,比2014年增长了一倍多。伴随锂电池生产厂家在技术上的革新,性能和安全性的提升,人们对锂电池的需求仍会不断增长,预计到2024年,我国锂电池行业市场规模将超过1500亿元。

2016-2024年我国锂离子电池行业市场规模统计情况及预测

数据来源:前瞻经济学人机遇与困难并存:石墨烯在锂电池领域应用仍存不足

目前石墨烯在锂电池中的添加形式主要有导电添加剂、电极复合材料及直接作为负极材料三种形式。其中,石墨烯导电添加剂的导电、放电性能远远优于传统导电剂,其在制备过程中不涉及复杂的合成过程,因此可控性较强,难度较低,成功率较高,目前石墨烯导电剂研发技术已经相对成熟。

据石墨烯产业联盟数据显示,2017年石墨烯导电剂价格为230美元/千克,与碳纳米管导电剂价格大致相同,预计到2020年石墨烯导电剂价格将降至113美元/千克,而碳纳米管价格将维持在200美元/千克的水平,石墨烯导电剂的价格优势将逐步显现。

■ 石墨烯在锂离子电池领域应用仍存一些问题:

1 石墨烯制备过程中片层容易堆积,降低了理论容量。

2 首次循环库伦效率较低,大量锂离子嵌入后无法脱出,降低电解质和正极材料的活性。

3 锂离子的重复嵌脱使得石墨烯片层结构更加致密,锂离子嵌脱难度加大而使得循环容量降低。

4 石墨烯振实密度较低,降低电池的功率密度。

为了能够满足在实际运用中对电池的循环寿命、快速大电流充放电、高比容量等需求,仍需要加强以下几个方面的研究:

为材料的商品化大规模生产应用,需注重石墨烯的制备工艺的低成本化,设计大规模生产石墨烯的制备工艺;

提高石墨烯及其复合电极材料的高倍率性能和循环寿命,使其能满足实际应用需求。

深入研究石墨烯的储锂机理及其复合材料中的微观形貌与电化学性能之间的关系, 深入研究石墨烯的尺寸结构缺陷以及孔径等对电化学性能的影响。

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