【原创】石墨烯导电添加剂在锂离子电池正极中的应用

研究背景

当前商用的锂离子电池在电力储能应用中主要是作为能量型储能器件，在电网调频等要求高功率的应用场景中，锂离子电池在循环寿命、安全方面还需要进一步提升。石墨烯材料是近年来在电池领域的研究热点，将石墨烯用于锂离子电池从理论上可以提升其综合性能。二维石墨烯材料具有高比表面，高导电性和柔性等优点，但它成本高，难分散，且极易堆叠，本文针对电力储能应用需求，回顾了石墨烯在锂离子电池正极中的基础研究和产业化应用方面的进展，为下一步探索石墨烯在储能用锂离子电池中的应用模式和应用效果以及新一代功率型储能器件的研发提供借鉴和参考。

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重点内容导读

石墨烯的高电导率、大比表面积、优异的化学稳定性和机械性能，有利于其在锂离子电池正极导电剂方面的应用。与炭黑、石墨和碳纳米管等传统导电剂相比，石墨烯“至柔至薄”的独特二维结构能与活性物质实现“面-点”接触，实现电极上的“长程”导电，保证电子的快速传输。本文回顾了近年来石墨烯基导电剂在基础研究和产业化应用方面的进展，认为将石墨烯与炭黑或/和碳纳米管复配形成复合导电剂，能构建包含“面-点”、“点-点”、“线-点”的多元导电网络，兼顾“长程”和“短程”导电，有利于提高电极的导电性，改善其电化学性能，同时兼顾相对较低的成本，应用前景广阔。本文还对当前石墨烯基导电剂面临的问题及未来的发展方向做出了展望。

结  论

石墨烯作为锂离子电池正极材料的导电添加剂已经表现出优越的性能，具有良好的应用前景。将石墨烯导电剂与CB、SP、CNT等“零维”和“一维”碳基导电剂复配以构建更完整的导电网络，可以进一步降低电极的内阻，提高电极材料的导电性，改善电池的倍率和循环性能，符合当前锂离子电池对更高能量密度和功率密度的发展需求。采用石墨烯基复合导电剂代替传统的炭黑、碳纳米管等已成为提高锂离子电池性能的有效途径，蕴含着巨大的市场。虽然人们在石墨烯基导电剂的研究方面已经开展了不少的研究工作，但其大规模应用依然面临着一些挑战。主要表现为：

（1）应继续研发高性能导电石墨烯的制备技术。

（2）成本因素依然是制约石墨烯导电剂在锂离子电池中大规模应用的主要障碍之一。

（3）应进一步开发高浓度、均一稳定的复合导电剂的分散技术。

（4）应根据不同正极材料和电池体系的需求进行复合导电剂的个性化开发，实现锂离子电

池性能的最优化。

动力电池和储能电池正进入蓬勃发展时期，随着石墨烯导电剂制备技术的进步、产能的提升和成本的不断降低，其在锂离子电池领域的应用将会逐步扩大，具有广阔的市场前景。

引用本文

官亦标, 沈进冉, 李康乐, 管赵如鑫, 周淑琴, 郭翠静, 徐斌. 石墨烯导电添加剂在锂离子电池正极中的应用[J]. 储能科学与技术, doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0175.

GUAN Yibiao, SHEN Jinran, LI Kangle, GUAN Zhaoruxin, ZHOU Shuqin, GUO Cuijing, XU Bin. Application of Graphene Conductive Additives in Cathodes of Lithium Ion Batteries[J]. Energy Storage Science and Technology, doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0175.

链接本文: http://energystorage-journal.com:81/CN/10.12028/j.issn.2095-4239.2019.0175

               http://energystorage-journal.com:81/CN/Y2020/V9/I1/70

团队介绍

官亦标（1980年-），男，博士，高级工程师。中国电力科学研究院有限公司储能与电工新技术研究所储能电池检测评价技术研究室主任。长期从事储能电池特性评价、储能电池检测认证技术研究；参与国家电网公司电池储能技术实验室、新能源与储能运行控制国家重点实验室的建设和运行工作；牵头编制《电力储能用锂离子电池》国家标准1项，参与编制国家标准2项，牵头编制中电联团体标准2项，参与编制企业标准2项；作为课题负责人承担储能领域国家重点研发计划项目1项；作为负责人承担国家电网公司总部科技项目6项。近年来，合作编写专著2部，发表论文20余篇，授权发明专利6项。

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