鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1625次 | 2018年09月30日
做好石墨烯鋰電池會(huì)很難嗎?
現(xiàn)有在市面上號(hào)稱石墨烯電池都是在炒概念,像某充電寶重量270克,根據(jù)可充電量=電壓*電池容量的公式,烯王電壓3.7v、電池容量4,800mAh,推算可充電量為17.76Wh,能量密度為65.78Wh/kg。對(duì)比一般國(guó)產(chǎn)磷酸鐵鋰電池能量密度達(dá)到120-150Wh/kg,估計(jì)某充電寶是為了實(shí)現(xiàn)快充電而加了石墨烯導(dǎo)電劑,這樣作法肯定會(huì)大幅提高每瓦小時(shí)的電池成本,賣價(jià)那么高根本是賺不了錢。當(dāng)然,項(xiàng)莊舞劍,意在沛公,他們才不在乎賺這點(diǎn)小錢吧!當(dāng)然,這么點(diǎn)的能量密度根本不能用于電動(dòng)汽車,估計(jì)東旭就是為了實(shí)現(xiàn)快充而多加了石墨烯犧牲了能量密度、體積密度等性能指標(biāo)。
一般來說,石墨烯的壓實(shí)密度及振實(shí)密度偏低,使得在能量密度上不被看好。但石墨烯擁有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,能讓鋰離子在石墨烯表面與電極間快速穿梭運(yùn)動(dòng),讓功率密度變成強(qiáng)項(xiàng),這也是石墨烯電池大多被提到能夠做到快充的根據(jù)。另外,石墨烯還有些像傳統(tǒng)碳材在首次循環(huán)的庫倫效率偏低、充放電平臺(tái)過高、電位滯后嚴(yán)重以及循環(huán)穩(wěn)定性較差等缺點(diǎn),而這些問題其實(shí)都是高比表面無序碳材料的基本電化學(xué)特征。
但這樣就真的不能做好石墨烯鋰電池嗎?其實(shí)不然,在負(fù)極材料上我們選擇硅碳負(fù)極來改性,就是看到硅基負(fù)極主要有三個(gè)缺點(diǎn):電子電導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)低大大降低了倍率性能、形成不穩(wěn)定的SEI膜及硅在充放電過程之體積變化超過300%。而石墨烯穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)緩沖了硅晶格的膨脹,減少了鋰離子脫插過程對(duì)材料晶格的破壞,從而延長(zhǎng)材料的循環(huán)壽命;另一方面,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯在復(fù)合材料中起到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的作用,極大的提供高了鋰離子在材料的遷移速率,從而提高了材料的倍率性能。另外,還有一種做法是利用石墨烯微片包覆瀝青的碳,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不太會(huì)出現(xiàn)鋰枝晶結(jié)構(gòu),可有效延長(zhǎng)電池壽命,并可達(dá)到快速充電的功能。
那石墨烯可否幫珠海銀隆的鈦酸鋰電池盡點(diǎn)力?答案是肯定的!鈦酸鋰電池能量密度91wh/kg、6分鐘快速充電、30,000次循環(huán),能夠?qū)崿F(xiàn)在-45℃條件下正常充放電,在240℃高溫下仍能平穩(wěn)工作并無過熱現(xiàn)象??梢钥闯?,鈦酸鋰電池的強(qiáng)項(xiàng)是功率密度高,但能量密度差。鈦酸鋰作為負(fù)極材料擁有脫嵌鋰前后幾乎"零應(yīng)變、嵌鋰電位較高(1.55V),避免"鋰枝晶"產(chǎn)生,安全性較高、具有平坦的電壓平臺(tái)、化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)和庫倫效率高等優(yōu)點(diǎn),決定了其具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的安全性。然而,其導(dǎo)電性不高、大電流充放電時(shí)容量衰減嚴(yán)重,通常采用表面改性或摻雜來提高其電導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)碳包覆的鈦酸鋰具有較小的粒徑和良好的分散性,表現(xiàn)出更優(yōu)的電化學(xué)性能,主要?dú)w因于碳包覆提高了鈦酸鋰顆粒表面的電子電導(dǎo)率,同時(shí)較小的粒徑縮短了Li+的擴(kuò)散路徑。這樣的話,我們不就可以沿用上面硅碳負(fù)極的思路,以石墨烯微片來包覆鈦酸鋰不就可以提高能量密度了嗎?
既然碳納米材料單獨(dú)作為負(fù)極材料存在不可逆容量高、電壓滯后等缺點(diǎn),與其它負(fù)極材料復(fù)合使用是目前比較實(shí)際的方案選擇。所以,把石墨烯當(dāng)作增益材料,而不是一昧用本征石墨烯的限制來看鋰電池的技術(shù)突破,或許才能打開鋰電池技術(shù)一條新的道路。不過,我們目前只不過在導(dǎo)電劑、隔膜及負(fù)極材料上找到發(fā)展方向而已,正極材料的技術(shù)突破,才是我們攻克鋰電池的最后一塊拼圖!
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
首先,我們來看看這款石墨烯柔性鋰電池的組裝順序如下:
1.定長(zhǎng)寬比的銅箔,先進(jìn)??墨烯沉積于銅箔表?上,再沉積數(shù)層?墨烯,此?將?向正極,再蒸鍍納?銅粒?。
2.覆蓋上隔離膜,作為離?交換通道。
3.將負(fù)極材料漿料涂布于鋁箔兩?上,采用roll-to-roll工藝,鋁箔兩?皆有負(fù)極材料,干燥后,放置于隔離膜上。