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石墨烯是什么材料，它在鋰電池行業(yè)領(lǐng)域中有哪些應(yīng)用？
石墨烯是單層碳原子，本身可以作為鋰電池負(fù)極材料；同時(shí)由于石墨烯的優(yōu)異機(jī)械性能和導(dǎo)電性能，也常用來與其他負(fù)極材料復(fù)合來改善電極性能。石墨烯作為一種由石墨制備的新型碳質(zhì)材料，單層或者薄層石墨在化學(xué)電源里的應(yīng)用潛力也備受關(guān)注。
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關(guān)于石墨烯材料在鋰電池中的應(yīng)用，研制了石墨烯改性LiFePO4/liMnPO4鋰離子電池正極材料和石墨烯改性鋰離子電池負(fù)極材料，組裝了石墨烯鋰離子電池典型測試試樣，石墨烯的添加顯著提高了鋰離子電池的能量密度和功率密度，減小了電池充電時(shí)間，提高了電池續(xù)航能力，石墨烯鋰離子電池展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)特性。
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石墨烯一般指單片的石墨，單原子厚度0.2-0.5nm。單片的石墨烯具有機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、電學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，常應(yīng)用于儲能、液晶顯示器、透明電極等領(lǐng)域。研究表明，通過向鋰充電電池的電極中添加少量石墨烯，不僅可以保持原來的能量密度，還能大幅度提高輸出功率密度。
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石墨烯構(gòu)建包覆磷酸鐵鋰納米顆粒的高效三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，顯著提高了磷酸鐵鋰正極材料的電化學(xué)性能，此外，采用石墨烯涂層鋁箔作為鋰電池的集流體，代替?zhèn)鹘y(tǒng)炭黑涂層，在不影響電池容量的前提下，可以降低并穩(wěn)定電池內(nèi)阻，同時(shí)還能提高電池的散熱能力，延長電池壽命。
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石墨烯材料在鋰電池儲能領(lǐng)域的應(yīng)用
一是石墨烯在鋰電池中可以直接用作負(fù)極材料或者正負(fù)極復(fù)合材料，但由于成本高、造價(jià)大，暫時(shí)還難以推廣；
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二是石墨烯涂層應(yīng)用在正極集流體的鋁箔，能有效減少極化，提高倍率性能，尤其對于現(xiàn)行的高比能量、高電壓體系的三元電池而言，石墨烯材料能有效提升電池的循環(huán)壽命；
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三是石墨烯作為正極導(dǎo)電劑來使用，在材料制備過程中，充分利用石墨烯的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)特性來修飾正極材料；
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四是在傳統(tǒng)導(dǎo)電劑及高端多元化的導(dǎo)電劑應(yīng)用領(lǐng)域，石墨烯以其優(yōu)良的導(dǎo)電特性，扮演著重要的角色：作為柔性薄片，在活性物質(zhì)之間形成了面與點(diǎn)的接觸，為了更好的提升電極片的導(dǎo)電性，在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用中，經(jīng)常讓石墨烯與導(dǎo)電碳黑來混合使用，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)與點(diǎn)，點(diǎn)與面的充分接觸。
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石墨烯作為基底材料可以很好的負(fù)載活性物質(zhì)，控制材料的尺寸，提高電極的導(dǎo)電性，收束材料體積膨脹，提高電池性能；在集流體上的涂覆可以保護(hù)集流體，延長使用壽命，減少極化，提升倍率特性；在動(dòng)力電池中，作為導(dǎo)電劑添加劑，有利于提高極片的壓實(shí)密度，提高材料的導(dǎo)電性。
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我國是鋰電池最主要的生產(chǎn)國之一。2014年，我國鋰電池產(chǎn)量達(dá)52.87億只，占全球總產(chǎn)量的71.2%，已連續(xù)10年位居全球首位。截止至2018年底，我國鋰電池產(chǎn)量達(dá)到139.87億只，比2014年增長了一倍多。伴隨鋰電池生產(chǎn)廠家在技術(shù)上的革新，性能和安全性的提升，人們對鋰電池的需求仍會不斷增長，預(yù)計(jì)到2024年，我國鋰電池行業(yè)市場規(guī)模將超過1500億元。
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石墨烯在新型儲能材料上具有獨(dú)特的優(yōu)勢和巨大的潛力，應(yīng)用前景非常廣闊。相比于其他國家，我國石墨烯研發(fā)主要集中在石墨烯制備及其在鋰離子電池電極中的應(yīng)用，而在制備半導(dǎo)體器件方面的專利相對較少。當(dāng)前我國石墨烯發(fā)展正處于從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)打造先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。
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