2015年11月30日，工信部、發(fā)改委、科技部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見(jiàn)》。意見(jiàn)指出，要把石墨烯產(chǎn)業(yè)打造成先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，到2018年，實(shí)現(xiàn)石墨烯材料穩(wěn)定生產(chǎn)；到2020年，實(shí)現(xiàn)石墨烯材料標(biāo)準(zhǔn)化，形成若干家具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的石墨烯企業(yè)。

2017年5月北京石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心成立之時(shí)，提出了突破石墨烯應(yīng)用材料復(fù)合化共性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有材料升級(jí)換代，獲得7個(gè)以上國(guó)際領(lǐng)先的石墨烯殺手锏應(yīng)用。近期我們將對(duì)七大應(yīng)用現(xiàn)狀一一報(bào)道。

石墨烯基電池正、負(fù)極材料及其優(yōu)點(diǎn)

石墨烯具有獨(dú)立的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的性能和各種潛在的應(yīng)用價(jià)值，是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，石墨烯基納米材料是一種很有吸引力的鋰離子電池電極材料，尤其針對(duì)高能量密度與高功率密度電池。石墨烯基電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運(yùn)動(dòng)的特性，開(kāi)發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯是近年來(lái)研究較多的一種新型材料，具有良好的導(dǎo)電性能和倍率性能，在鋰離子電池正極材料和負(fù)極材料領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。

石墨烯基正極材料

在正極復(fù)合材料中，石墨烯二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)及其優(yōu)異的電子傳輸能力，能有效改善正極材料的導(dǎo)電性能，提高鋰離子的擴(kuò)散傳輸能力。而石墨烯在正極材料中的應(yīng)用主要是與正極活性物質(zhì)復(fù)合，以進(jìn)一步提高其性能，諸如此類的研究很多。

石墨烯基負(fù)極材料

石墨烯負(fù)極材料能夠提高鋰電池理論比容量和倍率性能。負(fù)極材料方面，純石墨烯材料由于首次循環(huán)庫(kù)侖效率低、充放電平臺(tái)較高以及循環(huán)穩(wěn)定性較差，并不能取代目前商用的碳材料直接作為鋰離子電池負(fù)極材料使用。但石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在鋰電池復(fù)合電極材料中發(fā)揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復(fù)合，能利用石墨烯的特殊片層結(jié)構(gòu)，改善材料的力學(xué)性能和電子傳輸能力。同時(shí)，摻雜后的石墨烯片層間距增大，提供更多的儲(chǔ)鋰空間。

石墨烯在電池領(lǐng)域的應(yīng)用形式主要有三種：一是直接作為正/負(fù)極材料；二是作為導(dǎo)電添加劑，添加到正/負(fù)極電極材料中，或?qū)﹄姌O材料進(jìn)行復(fù)合改性處理，提高電極導(dǎo)電性和充放電倍率；三是作為集流體或集流體涂層，用于提高電池功率特性。

中科院寧波材料所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室高級(jí)工程師薛業(yè)建告訴記者，他們采用石墨烯復(fù)合錳基氧化物催化劑以及新型石墨烯基高效空氣陰極將單體電池功率密度提高25%，大幅度提升了金屬空氣電池綜合性能。

研究團(tuán)隊(duì)正在積極設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用于通訊基站備用電源和電動(dòng)汽車增程器的5kW級(jí)大功率鋁空氣電池系統(tǒng)。此外，寧波材料所已投入300萬(wàn)元購(gòu)置的非標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線——中試實(shí)驗(yàn)線，于2017年8月底建成。這條生產(chǎn)線可年產(chǎn)金屬空氣電池陰極3.5萬(wàn)片，“超能電池”未來(lái)可批量生產(chǎn)上市。

石墨烯基正、負(fù)極材料發(fā)展前景

近年來(lái)，隨著新能源汽車和移動(dòng)通訊設(shè)備的發(fā)展，利用石墨烯改進(jìn)、提升動(dòng)力、儲(chǔ)能電池材料的性能，因延長(zhǎng)續(xù)航里程、電池壽命、同時(shí)縮短充放電時(shí)間，正成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。被認(rèn)為是新能源汽車電池的突破口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量是7.48萬(wàn)輛，2015年增長(zhǎng)到30萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2020年將會(huì)達(dá)200萬(wàn)輛。