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石墨烯基锂电池有了新突破

2017-11-16 08:44
来源新材料
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深圳市来源新材料科技有限公司、秦皇岛市太极环纳米制品有限公司采用智能制造新技术,干法机械剥离石墨烯。并以机械石墨烯为主要新材料制成正极,以涂层金属锂为负极,组成锂烯电池,经过一千多次循环,结果证明,比容量初始最高可达1800mAh/g,100次时稳定在1200mAh/g以上,约等于一般锂电池的4~5倍,至200次时稳定在1100mAh/g,400次一直到600次也一直稳定在1000 mAh/g以上,至700至800次,都是在900mAh/g以上,至1100次时,也还有700mAh/g以上的比容量,也还比一般的锂电池高出两三倍。是行业内石墨烯基锂电池研发以来最好的数据。

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图1 锂烯电池比容量与循环示意图

“千呼万唤始出来”的石墨烯锂电池,是如何问世的呢?原因是中国人自己的一个科学发现导致了一个领域的技术革命。这就是硬币落地产生的多边应力连动的二次加力,这一力学原理带来了智能制造的灵感,产生了Gpa级的超高能冲击式球磨纳米技术,见图2,原因是采用原创的干法机械剥离石墨烯(以下简称机械烯)技术。

石墨烯基锂电池有了新突破                   石墨烯基锂电池有了新突破

图2 硬币落地原理发现产生的原创干法机械剥离石墨烯技术

干法机械烯的特点是:石墨层间的碱金属不流失、密度大、表面缺陷多、与金属片可连接成千层饼结构,多层层叠后微孔大增,所以容量高、效率高、寿命长。从图可以看出石墨烯的层厚分布在0.224-0.952纳米之间,其中40%微片进入量子点尺寸,石墨烯外观表现极不规则。


石墨烯基锂电池有了新突破

图3  表面皱褶石墨烯原子力显微镜测试报告

石墨烯基锂电池有了新突破

 图4  纳米材料再组装的微米级石墨烯基35%正极材料“千层饼”微观层叠结构

最大的优点是高性价比。大型机可宏量生产,生产成本仅几毛钱1克,使石墨烯天价落地。

锂烯电池是以石墨烯复合纳米材料制成正极,以涂层金属锂为负极,再使用陶瓷纤维隔膜,滴防燃爆电解液组成,涂层的锂片抑制了锂枝晶的生长,陶瓷纤维隔膜可防止意外的枝晶穿透、防燃爆电解液抑制了起火,爆炸的意外发生。

石墨烯基锂电池有了新突破

图5  锂烯的电池结构示意图

石墨烯基锂电池有了新突破      石墨烯基锂电池有了新突破

图6  锂烯电池正、负极极片图(上图为石墨烯基正极、下图为涂层包覆金属锂负极)

以上是2016年研究成果,今年又有了显著进展,在比容量提升至2700mAh/g以上的同时,也感受到了锂烯电池的能量还有很大的上升空间。

石墨烯基锂电池有了新突破

图7 2017年锂烯电池研究成果

正如石墨烯的发明者和习总书记对其骥以希望的初心,石墨矿藏巨大的中国在新能源时代必将大展宏图。

新能源关键是新材料,谁能掌握新材料,谁就能执锂电市场之牛耳,而机械石墨烯及纳米合金新材料最急需是制备关键技术及关键设备的智能制造平台。

石墨烯基锂电池有了新突破

图8  纳米锂电池新材料大型生产设备之一

石墨烯剥离机、纳米磨天磨及机械制备石墨烯全纳米材料电池的量产项目是完全自主创新的新科学发现、新科学理念、新工艺、新技术、新关键制造设备,颠覆人们观念的方法学突破,机器的力学设计合理,多边连动,动能巨大,又节省资源,可将石墨烯剥离,可宏量制造石墨烯,保证新材料的宏量。是装备制造与新能源纳米新材料聚合发力的制造平台。

此外,我们在秦皇岛同时启动了回收垃圾废品制成石墨烯负极,成本可低至几分钱1克,比容量是碳负极的两倍,是环保、新能源、新材料的好项目。希有志同道成为合作伙伴。

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