钜大LARGE | 点击量：968次 | 2022年03月31日
石墨烯在锂离子电池中的大规模应用难点和争议解析
在科学技术高度发达的今天，各种各样的高科技出现在我们的生活中，为我们的生活带来便利，那么你了解这些高科技可能会含有的石墨烯吗?
1锂离子电池发展现状
与普通电池相比，锂离子电池具有比能量高、自放电小、使用寿命长、高低温适应性强、绿色环保等优点。它们是现代高性能电池的首选，已成为便携式电子产品和电动汽车电源供应。新能源汽车(重要是电动汽车)市场的持续快速扩张，带动锂离子动力锂离子电池需求猛增。
当前商业化的锂离子电池材料系统重要是阴极钴酸锂，磷酸铁锂和阳极石墨。虽然石墨的储锂容量可以达到372(mAh)/g，允许锂离子自由嵌入和脱出，形成相对稳定的固体电解质界面膜，取代锂金属成为行业标准负极材料，但其能量密度过高.低，成为制约其高端电池应用的瓶颈。目前锂离子电池的比能量已达到140(Wh)/kg，是镍镉电池的3倍，镍氢电池的1.5倍，但仍不能完全满足目前市场的性能动力锂离子电池的要求。我国政府在“十三五”新能源汽车试点共性关键技术研究项目中提出的高比能量锂离子电池技术：到2020年，电池单体能量密度为300(Wh)/kg，循环寿命1500次，成本0.8元/(Wh)，安全性能符合国家标准要求。因此，基于目前锂离子电池材料体系的商业应用，如何开发新型高性能复合电极材料是加快突破锂离子电池发展瓶颈的关键，具有重要的科学意义和应用价值。
2石墨烯的特点及其在锂离子电池中应用潜力分析
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
石墨烯具有独特的单层二维结构，只有一层原子层厚，约0.34nm，相当于人类头发直径的千分之一。它是目前已知的最薄、最强和最致密的结构。纳米材料具有良好的透光率(97.7%透光率)、高热导率(5300W/(mK)，是金刚石的3倍)、高电子迁移率。
在锂离子电池领域，石墨烯具有潜在的颠覆性特点：首先，石墨烯具有优良的电学和热学性能，使其具有良好的电子传输通道和循环稳定性，并实现了电池的安全性和快速的充放电，并能延长使用寿命;二是石墨烯层间距大于结晶度好的石墨层间距，使锂离子在石墨烯片间顺利扩散，有利于锂离子电池动力性能的提高;第三是石墨烯是单层碳原子，上下表面可以储存锂离子，并且由于制备过程中引入了缺陷、边缘悬空键等，这些位置可以储存锂离子，新增了存储容量，因此理论上其容量可能是石墨烯的两倍，最高可达744(mAh)/g。石墨烯在锂离子电池领域的应用，将带来性能上的质的飞跃。
3石墨烯在锂离子电池中的大规模应用难点与争议
3.1高质量、低成本石墨烯的制备是制约石墨烯应用的难点
氧化还原法是一种行之有效的石墨烯工业化制备工艺，虽然可以大规模制备，但得到的石墨烯存在缺陷，在其基面引入了官能团，大大降低了性能，且层数较少，规模越大。化工生产越困难，成本越高。制备结构稳定、形貌可控的高质量石墨烯，降低石墨烯宏观制备的成本是制约石墨烯应用的难点。
3.2对石墨烯在锂离子电池中大规模应用的争议
石墨烯是一种有望替代、弥补或颠覆传统材料的先进材料。业内仍有不同的声音，重要集中在三个方面：一是在电化学原理上，石墨烯并没有充分展现其颠覆性的潜力;二是在锂离子电池中，石墨烯是最快应用于锂离子电池负极和导电材料的。控制其成本和工艺兼容性仍是行业亟待解决的关键问题。第三是石墨烯应用的当前比较。成熟领域多集中在低端和低端石墨烯产品。能够真正展现石墨烯特殊性能的高端应用还处于实验室阶段，在短时间内实现量产和商业化应用还有些困难。
石墨烯的性能毋庸置疑。其在锂离子电池领域的应用，满足了市场对锂离子电池更高的需求。虽然还有很多挑战，但最好是开始。随着现场应用研究的不断发展和制备技术的成熟，石墨烯在锂离子电池领域具有广阔的发展前景。
