石墨烯在超级电容器及电池领域应用进展-第2页-北极星储能网

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2石墨烯在电池中的应用

与超级电容类似，导电性极好的超薄二维石墨烯纳米材料可以与锂离子电池电极活性材料颗粒形成二维导电接触，在电极中构建三维导电网络，可大幅提升电池性能。大量实验结果表明，石墨烯导电添加剂能够大幅降低电池内阻，提高电池倍率充放电性能，并显著延长电池循环寿命；同时还可增加活性材料克容量发挥，从而提高电池容量；还可以减少导电剂用量，有利于设计高能量密度电池；另外，含有石墨烯导电剂的电池在高倍率充放电过程中发热相对较少，电池表面温度相对更低，因而有利于提高电池的安全性。

以商用磷酸铁锂材料为例，电导率低是制约其电化学性能发挥的最主要因素。基于石墨烯优异的导电性，刘兆平提出使用石墨烯取代传统热解碳对磷酸铁锂进行改性的新方法。所合成的石墨烯/磷酸铁锂复合正极材料具有球形微纳结构，其中石墨烯均匀包裹磷酸铁锂纳米颗粒，并在二次微米颗粒中形成了三维导电网络（图3）。与碳包覆相比，石墨烯改性可显著提高磷酸铁锂的倍率性能和循环稳定性。该工作也为其他电极材料的结构设计与改性提供了有益指导。

此外，石墨烯还可以涂覆在铝箔集流体上，形成石墨烯功能涂层铝箔。该涂层利用石墨烯优异的导电性及其独特的二维纳米结构，可显著降低极片与铝箔间的界面电阻，同时能够提高活性材料与集流体间的结合力，并能在一定程度上抑制集流体腐蚀，因此采用该新型集流体可使电池的大倍率充放电能力和循环寿命得到进一步改善。

石墨烯材料已进入下游电池企业的应用验证阶段，但其成本问题仍然制约了它的大规模应用。虽然近年来，石墨烯成本得到大幅度降低，但与传统导电炭黑和石墨相比仍有很大的差距。在锂电行业严苛的降价压力的大环境下，开发低成本高品质的石墨烯仍是亟待解决的难题。

3展望

石墨烯作为下一代优异的储能材料，已经在超级电容器和电池等领域得到证实，中国在其产业化应用方面走在世界前列，但目前并未真正实现从技术研发向商业化的跨越。未来，石墨烯材料的品质和成本问题仍是严重制约它在储能领域规模化应用的核心要素。

石墨烯在储能产业中的应用涉及到全产业链条中的各要素，迫切需要政府从宏观层面积极介入，通过政策性引导和资金支持，有效整合技术链与产业链中的各创新要素与资源，保障石墨烯储能材料的研发、生产与应用工作又好又快发展。

来源：电子元件与材料作者：郑超周旭峰陈雪丹乔志军刘兆平阮殿波

（宁波中车新能源科技有限公司超级电容研究所中国科学院宁波材料技术与工程研究所）

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