石墨烯在鋰電行業有哪些應用

2020-11-23 電子發燒友

石墨烯在鋰電行業有哪些應用

工程師吳畏 發表於 2018-10-21 10:39:17

在今年蘋果發布會結束後，餘承東的一句「穩了」讓廣大觀眾對華為的秋季發布會多了許多期待，事實上不久前結束的華為新品發布會也的確沒有讓人失望，但就石墨烯材料的應用來說，就已經甩開了同行一大步。

石墨烯材料有哪些厲害之處？

石墨烯為單層平面碳原子以sp2雜化方式緊密結合在一起形成的二維原子晶體，而國內將十層以內（包括十層）統稱為石墨烯材料。此外，業內也將氧化石墨烯、還原氧化石墨烯，以及各種官能化的石墨烯，都歸類於石墨烯材料體系。單層石墨烯因其性能更佳、製備難度更高而成為技術突破的難點。

一直以來，手機散熱依賴於金屬背殼散熱，無法像PC或筆記本那樣加裝風扇散熱，這大大制約了手機散熱的能力，因為金屬背殼的面積是較小的，而金屬材料的散熱性能也是固定的，而華為Mate 20所採用的石墨烯散熱，其材料是一種從石墨材料中剝離出的單碳原子片狀材料，由一系列按蜂窩狀晶格排列的碳原子組成。

搭載石墨烯導電材料技術的華為Mate20手機

這種特殊的結構使得石墨烯具有比銅更優良的導電性，超過鋼100倍的強度，並且能夠快速擴散熱量。理論研究表明，使用石墨烯做成的散熱表面，其散熱效果遠超過碳納米管、金屬納米粒子和其他填料。

據了解，早在2016年，華為的日本2012實驗室就實現了石墨烯電池技術，只是由於技術不夠成熟，以及成本過高的問題，還無法直接用於商用。如今已經是2018年，有爆料稱，華為石墨烯基電池有了三大突破，首先是電池正極選用改性的大單晶三元材料，提高材料的熱穩定性；其次，在電解液中加入特殊添加劑，除去痕量水，避免電解液的高溫分解；此外，由於採用新型材料石墨烯，可實現鋰離子電池與環境間的高效散熱。

而這次亮相的華為新品發布會上，石墨烯起作用的地方在於導熱，而真正應用到手機上的石墨烯電池還技術還沒有成熟。

根根相關實驗數據，以石墨烯為基礎的新型耐高溫技術可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍。業內認為，石墨烯電池將成為下一個電池技術的突破方向。機構預測，隨著石墨烯製備技術進一步推動規模化應用，5年至10年內市場將進入高速發展期，到2020年市場規模可達到3．85億美元。

石墨烯在鋰電行業有哪些應用？

事實上，石墨烯作為一種材料，目前主要是作為一種添加劑在電池行業使用的。目前石墨烯在鋰電池中的添加形式主要有導電添加劑、電極複合材料及直接作為負極材料三種形式。

其中，石墨烯導電添加劑的導電、放電性能遠遠優於傳統導電劑，其在製備過程中不涉及複雜的合成過程，因此可控性較強，難度較低，成功率較高，目前石墨烯導電劑研發技術已經相對成熟。

隨著扶持政策不斷加碼，以及生產成本的下降，我國石墨烯導電劑將迎來規模化生產機遇。

今年工信部等四部委聯合發布了《關於加快新材料產業創新發展的指導意見》，要求積極開發前沿材料，包括石墨烯、增材製造材料、智能材料、超材料等基礎研究與技術積累。

石墨烯產業聯盟數據顯示，去年石墨烯導電劑價格為230美元／千克，與碳納米管導電劑價格大致相同，預計到2020年石墨烯導電劑價格將降至113美元／千克，而碳納米管價格將維持在200美元／千克的水平，石墨烯導電劑的價格優勢將逐步顯現。

石墨烯加快產業化將有利於哪些公司？

中國在石墨烯的研究上，並不落後於歐美，而且在產業化的速度上進展很快，目前國內已經有一批公司取得石墨烯技術的核心專利，並開啟產業化的步伐。以下四家公司在石墨烯產業化方面做出一些亮眼的成績

中國寶安：公司通過寶安控股間接持有深圳貝特瑞新能源材料公司51．91％股權，子公司貝特瑞公司在原有石墨技術的基礎上，開始了石墨烯的研發和產業化攻關，獲得了多項石墨烯製備專利。

方大炭素：公司在高端石墨方面取得多項技術突破。公司發展戰略為繼續做優做強大規格、超高功率石墨電極和高爐炭塊，以項目建設為載體，加快炭素新產品的開發，在核石墨、納米炭材料、特種石墨、碳纖維、石墨導熱片等領域取得突破。

石墨烯材料粉末

碳元科技：是國內開發、製造與銷售高導熱石墨材料的領先企業，高導熱石墨膜廣泛應用於華為等品牌熱門旗艦機型中。

珈偉股份：石墨烯應用覆蓋石墨烯電池導電漿料、石墨烯複合鋰電池正負極材料、石墨烯散熱功能漿料、石墨烯防腐功能漿料等品類，上半年石墨烯導電漿料已批量向電池廠供貨。

編輯視點：鑑於石墨烯優良的性能和未來廣闊的應用空間，看好當前有相應技術儲備的公司，或與研究機構有廣泛合作的公司在產業競爭格局中佔據有利地位。

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