6月20日，由中國化學與物理電源行業協會主辦的第十一屆“中國國際電池技術交流會”在深圳會展中心開幕。本次交流會以“動力電池和儲能電池”為主題，重點關注了電池應用領域。全球50多位電池業界頂級專家亮相交流會并發表了主題演講，來自50多個國家和地區的800多名行業專家、學者和企業家與會。圖為來自中國科學院寧波材料技術與工程研究所的潘劉兆平博士在CIBF2014中國國際電池技術交流會上發表主題演講。

　　劉兆平：
　　感謝大會組委會給我這么好的機會來介紹石墨烯，這是我首次公開講石墨烯以及鋰電池方面的研究進展。
　　首先介紹一下石墨烯產業化的進展，以及在鋰電池當中的一些應用方案。
　　近期世界杯很熱，石墨烯材料跟足球的構造很像，深圳機場的頂棚也是石墨烯制造的。石墨烯從實驗室到產業化有很多艱難的過程，我們跟很多研究石墨烯的同行一樣，首先要考慮的是工業化。從2008年到2009年，我們從創立新方法到進行實驗，再到參加大賽，拿到了不錯的名次，因此外界對我們的關注度很高，2012年初我們獲得投資者的青睞，得到了2億多元的技術轉讓費，成立了寧波墨烯集團有限公司。
　　我們的技術優勢有三點：第一，我們創立了獨特的插層剝離技術；第二，創新了復合粉體技術；第三，憑借投資者強大的資本建立了可靠的規模量產工藝。
　　關于剝離，我們創立了新的方法控制石墨烯的厚度，而且導電性能高、分散性好、價格實惠，這樣才能滿足鋰離子電池的應用要求。我們解決了保持高導電性等難題，這也是出于工業化的考慮。我們擁有獨特的化學剝離技術。一顆石墨顆粒大概有幾千層，相當于一本書，把每一頁翻開都是石墨烯，但要把每一頁翻開很難。所以就要找一個新的方法。對于鋰電池和大部分工業來講目前要求不需要這么高，我們工業制備的過程是通過插層、膨脹，再打開進行剝離。石墨烯的特點是很難分散。前段時間法國舉辦的石墨烯展覽，中國代表團也前去參加，據介紹，寧波有300噸石墨烯的產能，差不多N個足球場才能堆的下。如果把石墨烯做的很蓬松，單片中間不堆積的話體積十分巨大，但是這樣的狀態是沒法用的，因為太過松散會造成空氣污染，也無法運輸，所以要解決這個問題，讓它密度高、好分散，特別是在鋰電池里面好分散。我們的方法是在它的表面粉刷一層高分子物質，這種高分子必須跟其他物質相容，通過這種方法使石墨烯的密度增加。在實驗過程中，石墨烯開始是顆粒，是粉狀，處理后每一片包裹在高分子里面。重新分散的效果是片狀的。我們主要把它應用到電池領域。我們開發了電池石墨烯的粉末和電池里面用的漿料。這種漿料流動性好，類似墨水倒進去就散開。我想這樣的漿料和石墨烯導電劑很適合大家的應用。
　　雖然我們發布了產品，但是價格并不貴。我們公布的價格是1000塊錢1公斤，目的是讓大家用得起，用得好。而且我們有保險，如果有問題我們單次賠償最高2千萬，累計賠償最高5千萬，也就是說我們不僅是石墨烯材料的提供者，更是一個應用技術解決方案的提供者。
　　石墨烯應用到電極材料里，可以讓它有很好的導電性，比如磷酸鐵鋰、硅極負極材料都需要導電性能高的材料。我們在磷酸鐵鋰里可以看到石墨烯均勻的分散，而且它的倍率和性能有所提升，跟納米碳材料對比，納米碳材料大約2%的填充量跟石墨烯的1%相當，由此可見石墨烯略優一些。寧波的一家企業，建成了一條磷酸鐵鋰的生產線，就采用石墨烯磷酸鐵鋰的復合方案，因為石墨烯的工廠剛剛建成，批量生產最近才開始。在實驗室我們對硅材料也進行了設計研究，并發現石墨烯跟硅也可以很好的復合。
　　目前我們遇到的困難是，因為石墨烯是薄片結構，所以會有自堆疊現象，而且在生產期間可能引起堵料。經過研究我們提出建議，在磨料之后加入石墨烯，或者不用研磨。
　　我們開發了兩款產品，一款是水性鋰電池專用石墨烯漿料，一款是電池用石墨烯粉末。我們接收到的疑問包括：第一，石墨烯導電性效果好不好？第二，石墨烯是否阻擋鋰離子的擴散？而實際上一個結構完整的石墨烯鋰離子是不可能會被阻擋的。第三，石墨烯會不會對電池性能有衰減呢？其實這些擔心是多余的，就像我們所在的大廳一樣，這里有門，石墨烯并沒有堵住正極材料的通道，鋰離子完全可以在里面自由傳輸，而且導電性能還很強。
　　通過比較石墨烯跟CNT之間的優勢，我們發現填充1%石墨烯與填充2%CNT和填充5%SP的電阻力是相當的，也就是說石墨烯比CNT還略優。復合導電劑單純用石墨烯并不好，因為薄片太大。我們可以看到石墨烯均勻分散于磷酸鐵鋰電極中，它的倍率性能、能量也略高。我們發現做成20Ah的電池后，其性能更加顯著，倍率性能更高，壽命也有很大提升。另外電池本身容量增加了11%。此外在高倍率充放電時，電池可以保持更低的殼體溫度。通過企業提供的數據與CNT的比較，我們發現在高倍率下的性能，石墨烯還是勝過CNT。我們觀測電池溫度下降時的充電倍率，當橫流充電使用CNT剩余84%，使用石墨烯剩余91%，由此可以看出石墨烯優點更加突出。
　　用石墨烯之后鈷酸鋰電池的壽命會更高，極片更加柔軟，壓實密度更高。通過批量試制600只電池，設計容量1500mAh，它們的循環性能有所提升，即擁有更高的倍率。
　　觀察石墨烯的涂層鋁箔，大家可以發現涂層很薄，而且涂層是光亮的，這是我們專門為涂層開發的漿料，同原來商用的漿料比大概多了50倍的電導率。我們通過將該涂層和空白的鋁箔比較，發現石墨烯涂層對電池設計的容量沒有損失，倍率性能同有碳的涂層相比會好很多，電阻的穩定性始終保持在13.7，其他的都會有些變化，所以石墨烯涂層薄有好處。石墨烯應用在磷酸錳鋰電池中，有涂層與沒涂層相比，內阻相差了一至兩倍。對于涂層厚度能否更薄，成本是否太貴，我們的解決方法是，首先進一步改善配方，第二引進新型涂布設備。
　　石墨烯未來可能成為高性能電池的新的解決方案。
　　謝謝大家。
 

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