石墨烯应用七大杀手锏之——电池正、负极材料！

2015年11月30日，工信部、发改委、科技部联合印发《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》。意见指出，要把石墨烯产业打造成先导产业，到2018年，实现石墨烯材料稳定生产；到2020年，实现石墨烯材料标准化，形成若干家具有核心竞争力的石墨烯企业。

2017年5月北京石墨烯产业创新中心成立之时，提出了突破石墨烯应用材料复合化共性技术，实现现有材料升级换代，获得7个以上国际领先的石墨烯杀手锏应用。近期我们将对七大应用现状一一报道。

石墨烯基电池正、负极材料及其优点

石墨烯具有独立的二维结构、优异的性能和各种潜在的应用价值，是当前材料科学领域研究的热点，石墨烯基纳米材料是一种很有吸引力的锂离子电池电极材料，尤其针对高能量密度与高功率密度电池。石墨烯基电池，利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。石墨烯是近年来研究较多的一种新型材料，具有良好的导电性能和倍率性能，在锂离子电池正极材料和负极材料领域极具应用潜力。

石墨烯基正极材料

在正极复合材料中，石墨烯二维高比表面积的特殊结构及其优异的电子传输能力，能有效改善正极材料的导电性能，提高锂离子的扩散传输能力。而石墨烯在正极材料中的应用主要是与正极活性物质复合，以进一步提高其性能，诸如此类的研究很多。

石墨烯基负极材料

石墨烯负极材料能够提高锂电池理论比容量和倍率性能。负极材料方面，纯石墨烯材料由于首次循环库仑效率低、充放电平台较高以及循环稳定性较差，并不能取代目前商用的碳材料直接作为锂离子电池负极材料使用。但石墨烯可以作为一种优异的基体材料在锂电池复合电极材料中发挥更大的作用。将石墨烯与天然石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料复合，能利用石墨烯的特殊片层结构，改善材料的力学性能和电子传输能力。同时，掺杂后的石墨烯片层间距增大，提供更多的储锂空间。

石墨烯在电池领域的应用形式主要有三种：一是直接作为正/负极材料；二是作为导电添加剂，添加到正/负极电极材料中，或对电极材料进行复合改性处理，提高电极导电性和充放电倍率；三是作为集流体或集流体涂层，用于提高电池功率特性。

中科院宁波材料所动力锂电池工程实验室高级工程师薛业建告诉记者，他们采用石墨烯复合锰基氧化物催化剂以及新型石墨烯基高效空气阴极将单体电池功率密度提高25%，大幅度提升了金属空气电池综合性能。

研究团队正在积极设计开发用于通讯基站备用电源和电动汽车增程器的5kW级大功率铝空气电池系统。此外，宁波材料所已投入300万元购置的非标准生产线——中试实验线，于2017年8月底建成。这条生产线可年产金属空气电池阴极3.5万片，“超能电池”未来可批量生产上市。

石墨烯基正、负极材料发展前景

近年来，随着新能源汽车和移动通讯设备的发展，利用石墨烯改进、提升动力、储能电池材料的性能，因延长续航里程、电池寿命、同时缩短充放电时间，正成为业内关注的焦点。被认为是新能源汽车电池的突破口。据统计，2014年我国新能源汽车产量是7.48万辆，2015年增长到30万辆，预计2020年将会达200万辆。