石墨烯或將引爆負極材料市場

雖然電動汽車發展緩慢導致鋰離子動力電池市場仍未全面啟動，但消費類數碼產品市場（平板電腦、智能手機、超極本等）的快速增長繼續拉動鋰電池需求，因此，得益于手機、筆記本電腦、電動自行車等下游需求領域的增長，我國鋰電池產業規模不斷擴大，2013年中國鋰離子電池產量突破46億只，比2012年增長31%。鋰電池需求的迅猛增長帶動了正負極材料的下游的需求市場，也為正負極材料帶來了更多的發展機遇。

    負極材料是指電池中構成負極的原料，目前常見的負極材料有碳負極材料、錫基負極材料、含鋰過渡金屬氮化物負極材料、合金類負極材料和納米級負極材料。

    對于鋰離子電池而言，電極材料是決定其能量密度的關鍵因素。據悉，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鋰電負極材料的主流地位。然而，由于現有技術等限制，當前主流負極材料（如人造石墨、中間相碳微球等）并不能實現人們希望將電池的能量密度大幅度提高的愿望，負極材料市場亟待高效的新型材料。因此，近年來鈦酸鋰、石墨烯等新型負極材料的研發與應用開始受到業內關注。

    石墨烯是一種新型材料，是已知材料中最薄的一種。因為它的電阻率極低，電子遷移的速度極快，科學家認為利用石墨烯可開發出更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。因此，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。

    石墨烯的比表面積大，電性能良好，作為鋰離子電池電極材料的潛力巨大。研究證明，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；納米粒子通過與Li+發生化學反應，可增加材料的嵌脫鋰能力；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。因此，石墨烯負極材料的研究對實際生產具有重要意義。研究人員稱，調控石墨烯在集流體上的排列，以形成良好的電子和離子傳輸通道，可進一步提高石墨烯電極材料的性能。未來，研究人員可以通過利用金屬氧化物和其他材料與石墨烯復合，從而更大地拓展負極材料發展空間。

    近年來，國內北京化工大學等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。2013年以來，石墨烯產業化進程加快，未來，隨著石墨烯技術的突飛猛進，石墨烯的特性將得到更好的挖掘與利用。我們已經看到，石墨烯的“加盟”，給負極材料的發展注入的嶄新的活力。（本網編輯 欣然/文）