リチウム電池分野でグラフェンはどのくらい重要ですか？

グラフェンの性能は間違いありませんが、リチウムイオン電池に使用できるかどうか？」グラフェンは現在市場に出回っていますが、電池は不正確で正確な話の概念であり、基本的にリチウムを改善するために材料にグラフェンを少し加えます性能の電池部分は、グラフェンリチウムイオン電池と呼ぶことができます。グラフェンの実験室をアノード材料のリチウム電池またはスーパーコンデンサとして除外しないでください。しかし、需要は高いです。結論として、グラフェンのスパイスはリチウムとして使用できます。イオン電池ですが、提唱材料としては適していません。

1.グラフェンの構造と性質

物理的構造：グラフェンは、炭素原子の単一原子層の薄膜によるもので、厚さはわずか0.34 nmで、単層の厚さは人間の髪の直径の15万分の1に相当します。世界で最も薄く、最も硬いナノ材料であり、光を通し、折りたたむことができます。原子の層だけであるため、電子の動きは1つの平面に制限され、グラフェンは新しい電気的特性を備えています。グラフェンの比表面積は約2630m2 / g、熱伝導率は5000 w / m; Kです。

電気的特性：グラフェンには独特の特徴があり、質量のないディラックフェルミオン特性を示します。電子移動度は最大2x 105 cm2 / Vt.Sで、シリコン、ガリウムヒ素20倍、高温安定性、最大108Ω/ mの導電率、表面の電子移動度の約140倍です。抵抗率は約31Ω/ sq（310Ω/ m2）で、銅や銀よりも低く、室温で最高の材料伝導率です。

また、半整数量子ホール効果のグラフェンホールキャリア中のキャリアと電子は、電場が化学ポテンシャルを変化させることで観測でき、ノボセロフグラフェンなどの室温条件下では量子ホール効果が観測されました。

2.リチウムイオン電池におけるグラフェンの役割

これは、上記のナノメートルサイズの効果を持つグラフェンのおかげで、世界中の科学者によって広く研究されているグラフェンのように、比表面積が大きく、導電性が高く、機械的特性が優れており、「グラフェンリチウム電池」の概念を生み出しました。 、

1）アノード材料

グラフェンは、その独特の二次元構造、優れた電子透過容量、および大きな比表面積の利点により、新世代のリチウムイオン電池アノード材料としてグラファイトに取って代わる可能性が非常に高いです。他の炭素材料と同様のグラフェンリチウム貯蔵メカニズム、Li2C6の形成の間に電解質が埋め込まれた炭素材料層が形成された後のポジティブアウトからの再充電可能なリチウムイオンは、リチウムイオンをアノードに放出します。特殊な2次元グラフェン構造により、ラメラ間隔が0.7 nmを超えると、グラフェンをリチウムイオンの両側に保存できると同時に、折り畳み式のグラフェンが存在するため、リチウムを節約できるため、理論的には容量は、グラファイトの2倍であり、744 mah / gよりも高くなります。

さらに、マイクロ/ナノサイズのグラフェン、グラファイトは本体よりもはるかに小さく、Liイオン拡散経路を短くし、グラフェン層の間隔は通常、グラファイトよりもはるかに大きく、リチウムイオン輸送により多くのチャネルを提供します。したがって、グラファイトと比較して、グラフェングラフェン電池の概念を提唱して以来、多くの学術研究結果は、グラフェンリチウム電池の可逆容量が500 mah / g以上に達し、優れた性能比を有することを示しました。 CVD法とヒドラジン水和物還元、真空吸引フィルター、凍結乾燥などを使用したリチウムイオン電池のカソード実験条件。グラフェン、フレーク、または中空球の調製は、それぞれ同じではありません。

2）導電剤としてのグラフェン

主な役割は、導電剤の導電性を改善することであり、電解質イオンが導電性であり、伝導電子がないため、導電剤は、生体材料を介して迅速に到着する電子を促進することです。さらに、導電剤は、ポールピースの作業性を改善し、ポールピースの電解質浸透を促進し、抵抗率を低下させて、リチウムイオン電池の耐用年数を改善することもできる。

現在一般的に使用されているのは、SP、アセチレンブラック導電剤など、従来のカーボンブラックをボールとして使用し、活物質を混合しやすくすることですが、接触形態が少なく、導電性の役割を制限し、導電性を高めます。しかし、グラフェンは層状構造であり、活性物質との接触点（表面接触）のために、導電剤の役割を最大限に発揮し、導電剤の量を減らし、より多くの活性物質を使用し、リチウム電池の容量を向上させることができます。グラフェンのシートも欠点であり、分散しにくい溶媒中のグラフェンのシートは再結合する可能性が高くなりますが、グラフェンの量を増やす必要があります。同時に、リチウムイオン拡散のラメラ構造はセルの内部抵抗を引き起こします増加し、バッテリーの故障。

理論的には、グラフェンの超高速伝導性はバッテリーのレート性能を向上させることができますが、実際には、グラフェンのモノリシック層がリチウムイオンの拡散を妨げ、特にバッテリーの分極を悪化させる内部で充電および放電するときに大きな比率で妨げられました、バッテリーの放電容量。関連する研究によると、低放電の条件下では、グラフェンを使用すると、導電性カーボンブラックがある程度置き換えられ、導電性物質が減少し、バッテリーのエネルギー密度が向上します。これは非常に良いことです。

3.グラフェンリチウム電池の工業化？

グラフェンとグラフェンの調製条件下での実験室およびアノード材料の研究開発グラフェンリチウムイオン電池製造における導電剤の工業生産の成功例は、強力な科学的研究基盤を提供します。グラフェンリチウム電池のケースの現実は何ですか。 ？

最初の製品は、2016年に発売されたイーストルミナエレクトリックの製品「エネキング」です。2016年7月8日、ディアオユタイのイーストルミナエレクトリックがグラフェンリチウムイオン電池製品を発売し、世界初のグラフェンベースである「キングエネ」リチウムイオンを発売しました。バッテリー製品。

2番目の製品は2016年12月に発売されたhuaweiで、業界初の高温長寿命のグラフェンパワーリチウム電池です。グラフェンの添加、高温リチウムイオン電池技術の飛躍的進歩は、主に電解質への特殊添加剤の添加、微量の除去の3つの側面から来ています。水、電解質分解の高温を避けます;変更された大きな単結晶三元材料を備えた電池アノードは、材料の熱安定性を改善します;同時に、環境と効率の間にリチウムイオン電池を実現できる新しい材料グラフェンを使用します熱放散。

3番目の製品で言及されているのは、東ルーマ電気の媒体であり、最高の「国内グラフェンバッテリー」は、横隔膜内のグラフェンが...

もちろん、継続的に市場に出回っているグラフェンリチウム電池の特許はすべて出ていますが、特許段階にとどまっています。サムスン、パナソニック、LGなどを含め、グラフェン関連の特許出願があります。現在、大量生産用のグラフェンリチウムイオン電池の市場。

4.要約すると

グラフェンの性能は間違いありませんが、リチウムイオン電池に使用できるかどうか？グラフェンの構成が小さいため、グラフェンはリチウムイオン電池には適していません。次の点を考慮してください。

1.コストの問題

導電剤としてグラフェンを使用すると、平均的なカーボンブラックよりもはるかに高いコストがかかります。リチウムイオン電池のコストが重要な制御要因であり、グラフェンの電気的性能が良好であっても、原材料のコストを削減しません。消費コスト何十万ものバッテリーメーカーも使用する余裕がありません。

2.プロセスの問題

グラフェンシート構造の問題のプロセスは主に電極ペーストの調製です。電極ペーストは良好な流動性、分散性、適切な粘度を持っています。電極ペースト分散液中のグラフェンのシートは非常に厄介な問題です、特に電極ペーストは分散剤を加えることができませんでしたグラフェンの表面積は大きく、スラリーの沈降安定性が大きな影響を及ぼし、各バッチの一貫性がバッテリーの性能に影響を与えるという保証はありません。

3.その他の要因

リチウムイオン拡散のグラフェンシート構造で、電池の分極を深刻にしやすく、電池容量を低下させます。グラフェンは、グラフェン表面の小さな傷の表面に豊富な官能基であり、過剰に添加すると、バッテリーのエネルギー密度が低下するだけでなく、液体電解質の量が増加する可能性がありますが、一方で、電解質の副反応と性周期に影響を与え、セキュリティ上の問題を引き起こす可能性さえあります。

現在の市場での主張「グラフェン電池」は不正確で正確な話は基本的に材料にグラフェンを少し加えるという概念であり、リチウムイオン電池の性能の一部を改善するために、リチウムイオン電池のグラフェンを呼び出すことができます。リチウム電池またはスーパーキャパシタのアノード材料としてグラフェンのラボを除外しないでください。ただし、需要は高くなります。結論として、グラフェンのスパイスはリチウムイオン電池として使用できますが、支持材料としては適していません。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。