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東麗在正極的一部分使用石墨烯 電池的輸出功率提高1倍

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年04月16日  

東麗于2016年11月25日宣布,將采用自主技術(shù)制造的多層石墨烯用于正極的導(dǎo)電助劑時(shí),發(fā)現(xiàn)鋰離子充電電池的輸出密度提高了大約1倍,能量密度提高了20%。該公司正考慮2019年量產(chǎn)這種多層石墨烯,目標(biāo)是2020年左右銷售額達(dá)到幾十億日元,幾年后達(dá)到幾百億日元(東麗)。據(jù)該公司介紹,還打算在純電動(dòng)汽車市場迅速擴(kuò)大的中國進(jìn)行推廣。技術(shù)詳情將在2016年11月29日~12月1日于千葉縣舉行的學(xué)會(huì)第57屆電池討論會(huì)上公布。


一般而言,鋰離子充電電池中,電極采用的活性物質(zhì)導(dǎo)電性并不高。這種情況下,大多通過添加導(dǎo)電助劑來確保向電池外側(cè)導(dǎo)出電流的集電體與活性物質(zhì)之間的導(dǎo)電性。原來,導(dǎo)電助劑經(jīng)常使用便宜的碳材料由乙炔等碳化而成的碳黑。


此次,東麗作為導(dǎo)電助劑的一部分或全部采用了10層左右的多層石墨烯,驗(yàn)證了電池的特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn),電池的容量密度和輸出密度都得到提高。尤其是,即使輸出密度很高,放電容量也不容易降低。


具體而言,導(dǎo)電助劑采用碳黑的電池快速放電12分鐘時(shí)的放電容量會(huì)降至緩慢放電1小時(shí)時(shí)的1/2以下。而導(dǎo)電助劑采用東麗的多層石墨烯時(shí),即使放電12分鐘,放電容量也只降低1成多。


這種效果還會(huì)隨著碳黑與多層石墨烯的比例而改變。據(jù)東麗介紹,當(dāng)碳黑與多層石墨烯的比例為1:1時(shí),輸出功率提高了約1倍,導(dǎo)電助劑全部采用多層石墨烯時(shí),能量密度提高了約20%。


吸附多巴胺,抑制凝集


過去也有很多人嘗試將石墨烯用于正極的導(dǎo)電助劑。這時(shí),一般是首先氧化石墨,通過加載超聲波等剝離石墨烯后,再還原使用。但是,很多情況下,電池的功能并未得到提高。原因是這樣制備的石墨烯非常容易凝集,不能起到導(dǎo)電助劑的作用。


東麗此次氧化石墨并剝離多層石墨烯后,使其吸附腦內(nèi)神經(jīng)傳遞物質(zhì)多巴胺(化學(xué)式是C8H11NO2),然后還原,從而防止其在溶劑中凝集,使其穩(wěn)定地分散開。


得到的多層石墨烯是厚度為3n~5nm的約10層左右的石墨烯,只有原來還原石墨烯的1/4~1/3薄。東麗表示,由于凝集少且各石墨烯都很薄,所以表現(xiàn)出了很強(qiáng)的導(dǎo)電助劑性能。


之所以選擇使用多巴胺來抑制凝集,是因?yàn)槎喟桶放c石墨烯的吸附性強(qiáng),并且凝集抑制效果出色(東麗)。據(jù)東麗介紹,還發(fā)現(xiàn)了具有相同構(gòu)造的幾種其他材料。


還具有延長充放電循環(huán)壽命的效果


東麗表示采用該技術(shù),還有望獲得延長電池充放電循環(huán)壽命的效果。已有幾項(xiàng)研究通過采用石墨烯作為Si類負(fù)極的導(dǎo)電助劑,來吸收Si材料膨脹收縮的影響。此次的結(jié)果表明正極也有這種效果。(記者:野澤哲生)


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