鋰離子電池導(dǎo)電劑進化階段由零維導(dǎo)電劑炭黑材料到一維纖維狀結(jié)構(gòu)的碳納米管類材料，再到二維的片層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯材料。上次我們介紹了一維碳納米管材料的生產(chǎn)工藝及其10家國際生產(chǎn)企業(yè)，今天我們就來介紹新型二維結(jié)構(gòu)石墨烯材料的導(dǎo)電機理，生產(chǎn)工藝及其10家生產(chǎn)企業(yè)。
導(dǎo)電劑材料是鋰離子電池的重要組成部分，對鋰離子電池的電化學(xué)性能起到重要的作用。適量的導(dǎo)電劑加入電極后，能夠有效提高電極內(nèi)部的電子轉(zhuǎn)移率。
石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)，光學(xué)性能，導(dǎo)熱性高，電阻率小，穩(wěn)定性強等優(yōu)點。作為新型鋰電池導(dǎo)電劑，由于其獨特的片狀結(jié)構(gòu)（二維結(jié)構(gòu)），與活性物質(zhì)的接觸為點面接觸形式，這樣可以最大化的發(fā)揮導(dǎo)電劑的作用，減少導(dǎo)電劑的用量，從而可以多使用活性物質(zhì)，提升鋰電池容量。
(1) 電子電導(dǎo)率高, 使用很少量的石墨烯就可以有效降低電池內(nèi)部的歐姆極化;
(2) 二維片層結(jié)構(gòu),石墨烯可以和活性物質(zhì)實現(xiàn)“面-點”接觸,可以從更大的空間跨度上在極片中構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 實現(xiàn)整個電極上的“長程導(dǎo)電”;
(3) 超薄特性,石墨烯上所有碳原子都可以暴露出來進行電子傳遞, 原子利用效率高, 故可以在最少的使用量下構(gòu)成完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 提高電池的能量密度;
(4) 高柔韌性, 能夠與活性物質(zhì)良好接觸, 緩沖充放電過程中活性物質(zhì)材料出現(xiàn)的體積膨脹收縮, 抑制極片的回彈效應(yīng), 保證電池良好的循環(huán)性能。
作為導(dǎo)電劑的效果與其加入量密切相關(guān)。在加入量較小的情況下, 石墨烯由于能夠更好地形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò), 效果遠好于導(dǎo)電炭黑。但是片層較厚的石墨烯會阻礙鋰離子的擴散而降低極片的離子電導(dǎo)率（一般認為6-9層最為適宜）。但由于其成本高、分散困難和存在阻礙鋰離子傳輸?shù)热秉c，尚未得到充分的工業(yè)化應(yīng)用。
石墨烯生產(chǎn)工藝方法主要有機械剝離法，化學(xué)液相剝離法，氧化還原法，化學(xué)氣相沉積法等，液相剝離法和氧化還原法成本低，純度低，適合電池、超級電容器、導(dǎo)電涂料和導(dǎo)電油墨。
機械剝離法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）生產(chǎn)的石墨烯質(zhì)量較高，多用于電子元器件、生物器件和透明導(dǎo)電膜等領(lǐng)域。
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晶體質(zhì)量較高、可規(guī)?；a(chǎn)、薄膜柔性好
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利用膠帶的粘合力， 通過多次粘貼將高定向熱解石墨（ HOPG）、鱗片石墨等層層剝離，然后將帶有石墨薄片的膠帶粘貼到硅片等目標基體上，最后用丙酮等溶劑去除膠帶，從而在硅片等基體上得到單層和少層的石墨烯。
氧化還原法采用石墨為原料，通過插入含氧基團，減弱石墨中每一單層之間的相互作用，擴大石墨中的層間距，在攪拌或者超聲的幫助下，解離成單層的氧化石墨，形成穩(wěn)定的懸浮液；然后再利用還原的方法，得到石墨烯懸浮液或者進一步分離干燥得到石墨烯粉體材料。
利用甲烷等含碳化合物作為碳源，通過其在基體表面的高溫分解生長石墨烯。從生長機理上主要可以分為兩種：
?( 1 ) 滲碳析碳機制：對于鎳等具有較高溶碳量的金屬基體，碳源裂解產(chǎn)生的碳原子在高溫時滲入金屬基體內(nèi)，在降溫時再從其內(nèi)部析出成核，進而生長成石墨烯；
( 2 ) 表面生長機制：對于銅等具有較低溶碳量的金屬基體，高溫下氣態(tài)碳源裂解生成的碳原子吸附于金屬表面，進而成核生長成 “石墨烯島”，并通過 “石墨烯島” 的二維長大合并得到連續(xù)的石墨烯薄膜。
銀基烯碳新材料集團股份有限公司成立于1989 年，2013年公司開始進軍石墨烯暨先進碳產(chǎn)業(yè)，著力打造石墨烯產(chǎn)業(yè)化的樞紐型服務(wù)平臺。2016年戰(zhàn)略性進軍新能源汽車行業(yè)，實施以動力電池為核心，以電機電控為補充，布局新能源汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展方針。
東旭光電科技股份有限公司成立于1992年，東旭光電是最早進入石墨烯領(lǐng)域的中國企業(yè)之一，目前已發(fā)展成為石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)軍企業(yè)。公司已構(gòu)建了石墨烯基鋰離子電池、石墨烯節(jié)能照明、石墨烯熱管理及石墨烯防腐涂料四大規(guī)?；瘧?yīng)用序列產(chǎn)品和懸浮石墨烯傳感芯片“殺手級”高端應(yīng)用產(chǎn)品。
本產(chǎn)品可作為導(dǎo)電劑添加于電池正極或負極材料中，建議添加量為0.2%~1%。
廈門凱納石墨烯技術(shù)股份有限公司位于福建省廈門市海滄區(qū)，自2006年啟動石墨烯產(chǎn)業(yè)化進程，正式成立于2010年5月，集石墨烯的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用開發(fā)于一體，參與了多項石墨烯國家和行業(yè)標準的制定工作，是中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事單位、福建省石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)促進會理事單位。
利特納米成立于2011年，是一家專注于石墨烯材料的研發(fā)，生產(chǎn)和推廣的國家級高新技術(shù)企業(yè)。2012年8月，石墨烯試生產(chǎn)成功，2014年12月，山東省首條產(chǎn)能20噸/年石墨烯生產(chǎn)線落成。2019年11月，產(chǎn)能200噸、年石墨烯生產(chǎn)線落成。2020年底，籌建產(chǎn)能1500噸/年石墨烯生產(chǎn)線。目前可定制不同片徑（幾十納米到幾十微米）和不同比表面積石墨烯。
常州第六元素材料股份有限公司成立于2011年11月，是專業(yè)從事粉體石墨烯研發(fā)生產(chǎn)的國家級高新技術(shù)企業(yè)，公司目前是國內(nèi)產(chǎn)能規(guī)模最大的石墨烯粉體生產(chǎn)企業(yè)之一，公司的石墨烯粉體產(chǎn)品已初步實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，于2013年11月建成了國內(nèi)首條自動控制的年產(chǎn)10噸氧化石墨（烯）粉體的規(guī)?；a(chǎn)線，年產(chǎn)100噸石墨烯/300噸氧化石墨項目已獲準備案；公司已成功研發(fā)并生產(chǎn)出6大系列石墨烯粉體產(chǎn)品，分別為氧化石墨烯、儲能型石墨烯、防腐型石墨烯、導(dǎo)電型石墨烯、導(dǎo)熱型石墨烯和增強型石墨烯。
青島昊鑫新能源科技有限公司成立于2012年，投資12000萬元，坐落于青島平度高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園，占地面積4萬平方米。昊鑫科技專注于二次電池用碳材料（包括鋰離子電池用天然石墨、人造石墨、硅碳；二次電池用碳納米管和石墨烯導(dǎo)電劑）的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。昊鑫科技擁有從石墨原礦開采到最終產(chǎn)品的全套現(xiàn)代化工藝和設(shè)備，年產(chǎn)碳納米管500噸，石墨烯500噸。
寧波墨西科技有限公司是北京墨烯控股集團有限公司旗下子公司，成立于2012年4月，坐落于寧波市慈東濱海區(qū)，占地140畝，注冊資金2.4億元。公司專注于石墨烯材料的生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用技術(shù)研發(fā)，通過引進中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的石墨烯產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，于2013年底建成了首期年產(chǎn)300噸石墨烯生產(chǎn)線，2015年通過技改產(chǎn)能達500噸。
鴻納（東莞）新材料科技有限公司創(chuàng)建于 2012 年 5 月，是一家專業(yè)從事創(chuàng)新納米材料研究及生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)。公司以少層石墨烯（Few Layer Graphene，簡稱 FLG）為核心，為鋰離子電池、防火涂料、防腐涂料、導(dǎo)電導(dǎo)熱材料、石墨烯復(fù)合材料等領(lǐng)域提供應(yīng)用解決方案和專業(yè)技術(shù)支持。2012 年，公司建成 FLG 萬噸級漿料生產(chǎn)線，2013年通過 ISO質(zhì)量管理體系等系列認證，2014 年初通過比亞迪等鋰離子電池企業(yè)認證，打開了石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的道路。
Pas2001 是以高純石墨烯為核心、去離子水 為溶劑的石墨烯導(dǎo)電漿料。
可使用在水性LFP體系中，建議與其他導(dǎo)電劑復(fù)合使用，添加量為0.5%-1.5%；
德陽烯碳科技有限公司成立于2014年4月，注冊資本1.6億元，是全球領(lǐng)先的石墨烯技術(shù)解決方案提供者及石墨烯材料供應(yīng)商，公司與中國科學(xué)院金屬研究所建立了全面合作伙伴關(guān)系，擁有國際領(lǐng)先的石墨烯粉體制備技術(shù)水平，年產(chǎn)30噸高導(dǎo)電型石墨烯粉體已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。
廣東墨?？萍加邢薰居?015年10月成立，是一家專門從事石墨烯等低維納米材料應(yīng)用開發(fā)的高科技新材料公司，擁有一支由多名海外引進高層次人才帶領(lǐng)的石墨烯領(lǐng)域國際一流的科研團隊，掌握多種石墨烯制備技術(shù)及數(shù)項國際國內(nèi)專利，是全球首家完成石墨烯原料生產(chǎn)到導(dǎo)熱膜制備的全鏈條生產(chǎn)的公司。
| 產(chǎn)品名稱 |
技術(shù)參數(shù) |
| 鋰電池石墨烯導(dǎo)電漿料（NMP） |
固含量：3.6%±0.2%
碳含量：3.0%±0.16%
粘度：＜6000mPas
雜質(zhì)金屬含量＜50ppm |
| 鋰電池石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料（NMP） |
固含量：5.0%±0.2%
碳含量：4.2%±0.16%
粘度：＜10000mPas
雜質(zhì)金屬含量＜100ppm |
| 水性石墨烯導(dǎo)電漿料（H2O） |
固含量：3.0%±0.2%
碳含量：2.5%±0.16%
粘度：＜6000mPa·S
雜質(zhì)金屬含量＜50ppm |
鵬輝能源的專利“一種鋰離子電池及其制作方法”中，通過加入 1%-5%的石墨烯作為導(dǎo)電劑，鋰電池的能量密度在 200Wh/kg以上，充放電倍率能夠達到 6℃以上，以 6℃至 10℃的倍率充放循環(huán) 1400周之后，電池的容量保持率 95%以上。
2019年 6月雅迪發(fā)布石墨烯電池，循環(huán)壽命 1000 次以上，1 小時可充 80%電量。
2021年1月廣汽埃安的石墨烯基電池，以石墨烯為導(dǎo)電劑，結(jié)合硅負極材料，電芯能量密度可提升至 280Wh/kg 左右，續(xù)航里程達 1000km。
在最新的研究進展中，部分鋰電池選用的導(dǎo)電劑是CNT、石墨烯、導(dǎo)電炭黑之間兩者或三者混合而成的二元或三元導(dǎo)電漿料。將導(dǎo)電劑復(fù)合做成導(dǎo)電漿料是工業(yè)應(yīng)用的需求，也是導(dǎo)電劑之間相互協(xié)同、激發(fā)作用的結(jié)果。
資料來源：各公司官網(wǎng)，個人圖書館，化學(xué)慧，Wikiwand，廣州化學(xué)，電池中國網(wǎng)等
原文始發(fā)于微信公眾號（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：鋰電池用石墨烯10強
