中國(guó)粉體網(wǎng)訊 隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷突破及下游端各類應(yīng)用的持續(xù)開發(fā),，石墨烯材料商業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程在加速,。未來(lái)石墨烯市場(chǎng)前景巨大,，有望催生萬(wàn)億級(jí)新市場(chǎng),。目前全球石墨烯年產(chǎn)能達(dá)到百噸級(jí)，中國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟預(yù)計(jì),，未來(lái)5-10年石墨烯產(chǎn)能將達(dá)到千噸級(jí),。
石墨烯負(fù)極應(yīng)用于鋰離子電池的研究進(jìn)程
石墨烯因其優(yōu)異的物理化學(xué)特性，被認(rèn)為是極具應(yīng)用潛力的新型鋰離子電池負(fù)極材料。自2008年首次應(yīng)用于鋰離子電池以來(lái),，石墨烯負(fù)極經(jīng)歷了長(zhǎng)足發(fā)展,，同時(shí)也取得了巨大的突破。目前,，石墨烯負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ),。多家企業(yè)對(duì)石墨烯負(fù)極材料應(yīng)用進(jìn)行嘗試，推動(dòng)材料規(guī)�,；a(chǎn),，多個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)落地。
2022年9月,，貴州省黔東南苗族侗族自治州岑鞏縣舉行年產(chǎn)6萬(wàn)噸石墨烯鋰離子電池負(fù)極材料項(xiàng)目簽約儀式,。岑鞏縣政府與江蘇米格新材料有限公司簽署了石墨烯負(fù)極材料項(xiàng)目（一期）的合作協(xié)議。該項(xiàng)目總投資4.5億元,。
2023年3月,，超級(jí)石墨烯鈦鋰電池項(xiàng)目落戶新疆喀什。該項(xiàng)目由國(guó)電建湖南新能源發(fā)展有限公司投資建設(shè),，總投資65億元,，項(xiàng)目規(guī)劃布局新能源超級(jí)石墨烯儲(chǔ)能電池、儲(chǔ)能柜,、新型動(dòng)力電池三大板塊,。相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，超級(jí)石墨烯鈦鋰電池采用高新新能源技術(shù),，具有容量大,、壽命長(zhǎng)、充電速度快等優(yōu)勢(shì),，將有力地滿足未來(lái)我國(guó)新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展需求,。
另?yè)?jù)相關(guān)媒體報(bào)道，廣東省一家集團(tuán)企業(yè)投資建設(shè)了石墨烯負(fù)極材料生產(chǎn)線,。據(jù)了解,，該生產(chǎn)線利用石墨烯精粉技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)加工，這種精細(xì)粉末具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)率,，是制造高性能電池的理想材料,。生產(chǎn)線全長(zhǎng)約140米，采用了零污染工藝,，遵循低能耗和低成本的原則,。另外，生產(chǎn)線通過(guò)智能化加工工藝,，提高生產(chǎn)效率,，降低人工成本,。該生產(chǎn)線預(yù)計(jì)一年可產(chǎn)1000至1300噸負(fù)極材料。
1,、石墨烯負(fù)極材料有何特點(diǎn),？
①石墨烯作為負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)：
鋰離子電池負(fù)極作為儲(chǔ)鋰主體，對(duì)電池的性能起到重要影響,。是否具有良好的鋰離子傳輸通道和電子傳輸通道是斷定負(fù)極材料優(yōu)劣性的重要依據(jù),。石墨烯既具備提供良好電子傳輸通道的能力，又有優(yōu)異的鋰離子傳輸性能,。石墨烯導(dǎo)電性能優(yōu)異,，其片層間距極小，僅為微納米量級(jí),，使得鋰離子的擴(kuò)散路徑較短,。同時(shí)，石墨烯和鋰離子的結(jié)合是在石墨烯的整個(gè)外表面進(jìn)行,，因此提升了傳輸性能,。
②石墨烯作為負(fù)極材料的缺點(diǎn)：
石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料性能不穩(wěn)定，存在一些缺點(diǎn)：?jiǎn)螌邮┢瑢訕O易堆積,，比表面積的減少使其喪失了部分高儲(chǔ)鋰空間,；首次庫(kù)倫效率低；初期容量衰減快,；電壓平臺(tái)及電壓滯后等,。
2、如何改進(jìn)石墨烯負(fù)極材料性能,？
①石墨烯負(fù)極儲(chǔ)鋰能力的提升
盡管理論容量是商業(yè)石墨負(fù)極的兩倍,，但石墨烯的晶相、微結(jié)構(gòu)和形態(tài)會(huì)極大地影響鋰離子的存儲(chǔ)和擴(kuò)散,。通過(guò)形態(tài)學(xué)工程調(diào)控,，石墨烯負(fù)極可呈現(xiàn)出更高的電解液浸潤(rùn)性、更多的儲(chǔ)鋰位點(diǎn)以及更短的鋰離子擴(kuò)散路徑,，從而獲得優(yōu)異的容量和倍率性能,；此外，表面修飾將使石墨烯負(fù)極表現(xiàn)出更為獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)和功能,，從而顯著提升石墨烯負(fù)極的儲(chǔ)鋰性能,。
②石墨烯衍生物負(fù)極電化學(xué)性能的改善
將雜原子引入石墨烯晶格中可有效地調(diào)節(jié)其表面電荷分布,，同時(shí)由此造成的結(jié)構(gòu)扭曲可進(jìn)一步抑制石墨烯層的聚集,，賦予了石墨烯豐富的活性儲(chǔ)鋰位點(diǎn)。此外,，通過(guò)共價(jià)鍵將氧化還原官能團(tuán),、空間位阻基團(tuán)以及鹵素原子鍵合到石墨烯表面也可進(jìn)一步提升石墨烯負(fù)極的電化學(xué)性能,。
③無(wú)粘結(jié)劑和柔性自支撐石墨烯電極
傳統(tǒng)電極制備工藝是將活性材料、聚合物粘合劑和導(dǎo)電添加劑分散到有機(jī)溶劑中形成漿料后再涂覆在集流體上,。使用無(wú)粘結(jié)劑電極可顯著提升石墨烯材料的利用率,，并避免使用有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)電池綠色制造,。同時(shí),，柔性自支撐石墨烯薄膜電極也為柔性可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了巨大的機(jī)遇。
石墨烯負(fù)極的挑戰(zhàn)和前景
小結(jié)
目前,，石墨烯負(fù)極材料的商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模,，但仍面臨挑戰(zhàn)。技術(shù)改進(jìn),、生產(chǎn)成本的降低以及大規(guī)模生產(chǎn)能力提升是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題,。隨著科學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)κ┴?fù)極材料研究的不斷深入，這些問題未來(lái)有望逐步得到解決,。
參考來(lái)源：
艾偉教授,、黃維院士AM綜述文章：石墨烯負(fù)極在鋰離子電池應(yīng)用中的回顧與展望.科學(xué)材料站
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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