石墨烯基鋰電池有了新突破

深圳市來源新材料科技有限公司、秦皇島市太極環納米製品有限公司採用智能製造新技術，幹法機械剝離石墨烯。並以機械石墨烯為主要新材料製成正極，以塗層金屬鋰為負極，組成鋰烯電池，經過一千多次循環，結果證明，比容量初始最高可達1800mAh/g，100次時穩定在1200mAh/g以上，約等於一般鋰電池的4~5倍，至200次時穩定在1100mAh/g，400次一直到600次也一直穩定在1000 mAh/g以上，至700至800次，都是在900mAh/g以上，至1100次時，也還有700mAh/g以上的比容量，也還比一般的鋰電池高出兩三倍。是行業內石墨烯基鋰電池研發以來最好的數據。

圖1 鋰烯電池比容量與循環示意圖

「千呼萬喚始出來」的石墨烯鋰電池，是如何問世的呢？原因是中國人自己的一個科學發現導致了一個領域的技術革命。這就是硬幣落地產生的多邊應力連動的二次加力，這一力學原理帶來了智能製造的靈感，產生了Gpa級的超高能衝擊式球磨納米技術，見圖2，原因是採用原創的幹法機械剝離石墨烯（以下簡稱機械烯）技術。

                   

圖2 硬幣落地原理發現產生的原創幹法機械剝離石墨烯技術

幹法機械烯的特點是：石墨層間的鹼金屬不流失、密度大、表面缺陷多、與金屬片可連接成千層餅結構，多層層疊後微孔大增，所以容量高、效率高、壽命長。從圖可以看出石墨烯的層厚分布在0.224-0.952納米之間，其中40%微片進入量子點尺寸，石墨烯外觀表現極不規則。

圖3  表面皺褶石墨烯原子力顯微鏡測試報告

 圖4  納米材料再組裝的微米級石墨烯基35%正極材料「千層餅」微觀層疊結構

最大的優點是高性價比。大型機可宏量生產，生產成本僅幾毛錢1克，使石墨烯天價落地。

鋰烯電池是以石墨烯複合納米材料製成正極，以塗層金屬鋰為負極，再使用陶瓷纖維隔膜，滴防燃爆電解液組成，塗層的鋰片抑制了鋰枝晶的生長，陶瓷纖維隔膜可防止意外的枝晶穿透、防燃爆電解液抑制了起火，爆炸的意外發生。

圖5  鋰烯的電池結構示意圖

      

圖6  鋰烯電池正、負極極片圖（上圖為石墨烯基正極、下圖為塗層包覆金屬鋰負極）

以上是2016年研究成果，今年又有了顯著進展，在比容量提升至2700mAh/g以上的同時，也感受到了鋰烯電池的能量還有很大的上升空間。

圖7 2017年鋰烯電池研究成果

正如石墨烯的發明者和習總書記對其驥以希望的初心，石墨礦藏巨大的中國在新能源時代必將大展宏圖。

新能源關鍵是新材料，誰能掌握新材料，誰就能執鋰電市場之牛耳，而機械石墨烯及納米合金新材料最急需是製備關鍵技術及關鍵設備的智能製造平臺。

圖8  納米鋰電池新材料大型生產設備之一

石墨烯剝離機、納米磨天磨及機械製備石墨烯全納米材料電池的量產項目是完全自主創新的新科學發現、新科學理念、新工藝、新技術、新關鍵製造設備，顛覆人們觀念的方法學突破，機器的力學設計合理，多邊連動，動能巨大，又節省資源，可將石墨烯剝離，可宏量製造石墨烯，保證新材料的宏量。是裝備製造與新能源納米新材料聚合發力的製造平臺。

此外，我們在秦皇島同時啟動了回收垃圾廢品製成石墨烯負極，成本可低至幾分錢1克，比容量是碳負極的兩倍，是環保、新能源、新材料的好項目。希有志同道成為合作夥伴。