鉅大LARGE | 點擊量：937次 | 2019年06月21日
鋰電池應用中的碳納米管和石墨烯誰更勝一籌？
碳納米管的sp2雜化結構以及高的長徑比為其帶來了一系列優異性能，這種特殊的微觀結構使得鋰離子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多，同時因碳納米管導電性能很好，具有較好的電子傳導和離子運輸能力，因此其作鋰離子電池負極材料有明顯優勢。但碳納米管作為電極材料存在首次效率較低、電壓滯后、無放電平臺、循環性能較差等缺點。
石墨烯粉體是由微米級大小、導電性能良好的石墨烯片層搭接而成。鋰離子在石墨烯材料中可進行非化學計量比的嵌入-脫嵌，石墨烯的表面官能團、層間的缺陷等也可為鋰離子提供更多的存儲空間。石墨烯作為負極存在庫倫效率低、電壓滯后等問題，難以直接作為負極材料使用。
作為導電劑應用
電池導電劑是電池正負極材料、電池互聯的關鍵輔助材料，對電池的充放電次數、功率性能產生很大影響。
碳納米管為一維管狀結構，碳環還可形成共軛效應，少量的添加就可形成充分連接活性物質的導電網絡，有利于提高電池的容量和循環穩定性。碳納米管良好的導熱性有助于電池的散熱，減輕內部極化，因此可提高電池的高低溫性能和安全性，延長壽命。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
碳納米管作為導電劑，存在兩個問題：合成過程中殘留有金屬催化劑，在電池的高電位的充放電過程中，金屬雜質容易氧化并在負極表面析出，導致電池內部微短路，自放電嚴重，甚至引起安全事故；碳納米管之間強烈的范德華力，導致在活性物質中的均勻分散困難，阻礙了導電性能的發揮。
石墨烯是目前高性能的導電劑，石墨烯用作導電劑具有“至柔至薄至密的特點”，石墨烯可以為電極正負極活性物質顆粒提供大量的導電接觸位點，并且石墨烯材料為自然界已知導電率最高的材料。相比于傳統的導電劑，石墨烯導電劑能更有效的降低正負極材料顆粒間的接觸阻抗并提升整體電極的導電性能。與傳統鋰離子電池相比，華為石墨烯鋰電池的優勢無疑非常明顯，它主要有耐高溫、壽命長兩大特點。
根據第四能源得到的信息，華為通過在電解液中加入高溫抗分解添加劑，配合高溫穩定的大單晶正極，大幅提升電池熱穩定性。與此同時，通過利用石墨烯高效散熱的特點，同等工況下，電池溫度降低5℃。
因此，石墨烯鋰電池能將使用上限溫度提升10℃。在60℃的高溫條件下使用，壽命為普通鋰離子電池的2倍；即便在炎熱氣候地域如中東、非洲，該電池的使用壽命仍可長達4年以上。
石墨烯鋰電池無疑是鋰離子電池發展史上的重大突破。它將拓展鋰離子電池的使用場景，比如烈日暴曬下需要工作的設備——無人機；還比如電動汽車，能讓電動汽車在高溫環境下也有極佳的續航表現。
華為瓦特實驗室首席科學家李陽興向第四能源記者透露，「石墨烯鋰電池技術主要解決了三個難題：第一，電解液加入特殊添加劑，避免其高溫分解；第二，選大單晶三元材料做正極，增強熱穩定性；第三，石墨烯的加入，實現高效散熱。」
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