6月20日，由中国化学与物理电源行业协会主办的第十一届“中国国际电池技术交流会”在深圳会展中心开幕。本次交流会以“动力电池和储能电池”为主题，重点关注了电池应用领域。全球50多位电池业界顶级专家亮相交流会并发表了主题演讲，来自50多个国家和地区的800多名行业专家、学者和企业家与会。图为来自中国科学院宁波材料技术与工程研究所的潘刘兆平博士在CIBF2014中国国际电池技术交流会上发表主题演讲。

　　刘兆平：
　　感谢大会组委会给我这么好的机会来介绍石墨烯，这是我首次公开讲石墨烯以及锂电池方面的研究进展。
　　首先介绍一下石墨烯产业化的进展，以及在锂电池当中的一些应用方案。
　　近期世界杯很热，石墨烯材料跟足球的构造很像，深圳机场的顶棚也是石墨烯制造的。石墨烯从实验室到产业化有很多艰难的过程，我们跟很多研究石墨烯的同行一样，首先要考虑的是工业化。从2008年到2009年，我们从创立新方法到进行实验，再到参加大赛，拿到了不错的名次，因此外界对我们的关注度很高，2012年初我们获得投资者的青睐，得到了2亿多元的技术转让费，成立了宁波墨烯集团有限公司。
　　我们的技术优势有三点：第一，我们创立了独特的插层剥离技术；第二，创新了复合粉体技术；第三，凭借投资者强大的资本建立了可靠的规模量产工艺。
　　关于剥离，我们创立了新的方法控制石墨烯的厚度，而且导电性能高、分散性好、价格实惠，这样才能满足锂离子电池的应用要求。我们解决了保持高导电性等难题，这也是出于工业化的考虑。我们拥有独特的化学剥离技术。一颗石墨颗粒大概有几千层，相当于一本书，把每一页翻开都是石墨烯，但要把每一页翻开很难。所以就要找一个新的方法。对于锂电池和大部分工业来讲目前要求不需要这么高，我们工业制备的过程是通过插层、膨胀，再打开进行剥离。石墨烯的特点是很难分散。前段时间法国举办的石墨烯展览，中国代表团也前去参加，据介绍，宁波有300吨石墨烯的产能，差不多N个足球场才能堆的下。如果把石墨烯做的很蓬松，单片中间不堆积的话体积十分巨大，但是这样的状态是没法用的，因为太过松散会造成空气污染，也无法运输，所以要解决这个问题，让它密度高、好分散，特别是在锂电池里面好分散。我们的方法是在它的表面粉刷一层高分子物质，这种高分子必须跟其他物质相容，通过这种方法使石墨烯的密度增加。在实验过程中，石墨烯开始是颗粒，是粉状，处理后每一片包裹在高分子里面。重新分散的效果是片状的。我们主要把它应用到电池领域。我们开发了电池石墨烯的粉末和电池里面用的浆料。这种浆料流动性好，类似墨水倒进去就散开。我想这样的浆料和石墨烯导电剂很适合大家的应用。
　　虽然我们发布了产品，但是价格并不贵。我们公布的价格是1000块钱1公斤，目的是让大家用得起，用得好。而且我们有保险，如果有问题我们单次赔偿最高2千万，累计赔偿最高5千万，也就是说我们不仅是石墨烯材料的提供者，更是一个应用技术解决方案的提供者。
　　石墨烯应用到电极材料里，可以让它有很好的导电性，比如磷酸铁锂、硅极负极材料都需要导电性能高的材料。我们在磷酸铁锂里可以看到石墨烯均匀的分散，而且它的倍率和性能有所提升，跟纳米碳材料对比，纳米碳材料大约2%的填充量跟石墨烯的1%相当，由此可见石墨烯略优一些。宁波的一家企业，建成了一条磷酸铁锂的生产线，就采用石墨烯磷酸铁锂的复合方案，因为石墨烯的工厂刚刚建成，批量生产最近才开始。在实验室我们对硅材料也进行了设计研究，并发现石墨烯跟硅也可以很好的复合。
　　目前我们遇到的困难是，因为石墨烯是薄片结构，所以会有自堆叠现象，而且在生产期间可能引起堵料。经过研究我们提出建议，在磨料之后加入石墨烯，或者不用研磨。
　　我们开发了两款产品，一款是水性锂电池专用石墨烯浆料，一款是电池用石墨烯粉末。我们接收到的疑问包括：第一，石墨烯导电性效果好不好？第二，石墨烯是否阻挡锂离子的扩散？而实际上一个结构完整的石墨烯锂离子是不可能会被阻挡的。第三，石墨烯会不会对电池性能有衰减呢？其实这些担心是多余的，就像我们所在的大厅一样，这里有门，石墨烯并没有堵住正极材料的通道，锂离子完全可以在里面自由传输，而且导电性能还很强。
　　通过比较石墨烯跟CNT之间的优势，我们发现填充1%石墨烯与填充2%CNT和填充5%SP的电阻力是相当的，也就是说石墨烯比CNT还略优。复合导电剂单纯用石墨烯并不好，因为薄片太大。我们可以看到石墨烯均匀分散于磷酸铁锂电极中，它的倍率性能、能量也略高。我们发现做成20Ah的电池后，其性能更加显著，倍率性能更高，寿命也有很大提升。另外电池本身容量增加了11%。此外在高倍率充放电时，电池可以保持更低的壳体温度。通过企业提供的数据与CNT的比较，我们发现在高倍率下的性能，石墨烯还是胜过CNT。我们观测电池温度下降时的充电倍率，当横流充电使用CNT剩余84%，使用石墨烯剩余91%，由此可以看出石墨烯优点更加突出。
　　用石墨烯之后钴酸锂电池的寿命会更高，极片更加柔软，压实密度更高。通过批量试制600只电池，设计容量1500mAh，它们的循环性能有所提升，即拥有更高的倍率。
　　观察石墨烯的涂层铝箔，大家可以发现涂层很薄，而且涂层是光亮的，这是我们专门为涂层开发的浆料，同原来商用的浆料比大概多了50倍的电导率。我们通过将该涂层和空白的铝箔比较，发现石墨烯涂层对电池设计的容量没有损失，倍率性能同有碳的涂层相比会好很多，电阻的稳定性始终保持在13.7，其他的都会有些变化，所以石墨烯涂层薄有好处。石墨烯应用在磷酸锰锂电池中，有涂层与没涂层相比，内阻相差了一至两倍。对于涂层厚度能否更薄，成本是否太贵，我们的解决方法是，首先进一步改善配方，第二引进新型涂布设备。
　　石墨烯未来可能成为高性能电池的新的解决方案。
　　谢谢大家。
 

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