據報道,特斯拉CEO馬斯克在接受英國汽車雜志采訪時表示,目前正在研究高性能電池,特斯拉汽車很快將能行駛805公里,相比目前增長近70%。特斯拉對電池技術的革新,將引發市場對提升鋰電池能量密度材料的關注。石墨烯具有高導電性和良好的柔韌性,是柔性儲能器件的理想候選材料之一。
柔性屏、鋰電池、超級電容是石墨烯短期最具吸引力的三個應用領域。(1)柔性屏將給消費電子領域帶來革命性變化,手機與平板電腦實現完美統一;(2)石墨烯可用于鋰電池的負極復合材料和導電添加劑,鋰電池比容量可以從370mAh/g提升到540mAh/g,同時大幅提升電池充放電速度;(3)超級電容器的正負極換成石墨烯后(原為石墨),可大幅提高其比電容密度和額定電壓,同時降低電容器的等效電阻。
對于鋰電池而言,電極材料是決定其能量密度的關鍵因素。目前鋰電池負極材料的主要種類有天然石墨(59%),人造石墨(30%),中間相炭微球(8%)及其他類型(3%),石墨類負極材料仍然占據主流地位。由于現有技術限制,當前主流負極材料(如人造石墨、中間相碳微球等)并不能大幅提高鋰電池能量密度,負極材料市場急需高效的新型材料。
公開資料顯示,近年來石墨烯等新型負極材料的研發與應用,開始受到業內的關注。石墨烯是一種新型材料,是已知材料中最薄的一種。由于它的電阻率低,電子遷移的速度極快,表面積大和電性能良好,被科學家認為是鋰離子電池的理想電極材料。
研究證明,將石墨烯應用于鋰離子電池負極材料中,可以大幅度提高負極材料的電容量和大倍率充放電性能。石墨烯可阻止復合材料中納米粒子的團聚,緩解充放電過程中的體積效應,延長材料的循環壽命。粒子在石墨烯表面的附著,可減少材料形成SEI膜過程中與電解質反應的能量損失。
近年來,國內高校和研究機構進行了石墨烯材料的研究工作,企業也開始推進石墨烯負極材料的產業化進程。2011年11月,常州第六元素材料科技股份有限公司成立,將生產用于鋰電池負極材料的石墨烯。2012年4月,大連麗昌新材料有限公司建成了全自動石墨烯負極材料生產線,年產能達300噸。機構預計,隨著石墨烯技術的突飛猛進,石墨烯的特性將提升鋰電池的能量密度,進而解決電動汽車的續航里程問題。