天然石墨VS人造石墨，谁才是动力电池真正的宠儿？
2019-01-03 09:36:39
近几年，下游新能源汽车市场的繁荣拉动了锂离子电池需求的增长，负极材料作为锂离子电池的四大关键材料之一，也迎来了更广阔的市场。而在负极材料中石墨类碳材料占据最主要市场。天然石墨负极VS人造石墨负极石墨负极材料分为人造石墨和天然石墨，二者结构相近，物理化学性质相同，但在实际应用中有较大差异，那么天然石墨和人造石墨究竟谁是锂离子电池的宠儿?定义(1)天然石墨石墨属复六方双锥晶类，呈六方板状晶体，常见单形有平行双面、六方双锥、六方柱，但完好晶形少见，一般呈鳞片状或板状，集合体呈致密块状、土状或球状。天然石墨的种类较多，根据结晶形态不同，工业上将天然石墨分为致密结晶状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨三类。我国主要有鳞片石墨和隐晶质石墨两大类。天然石墨负极材料一般采用采用天然鳞片晶质石墨为原料。(2)人造石墨一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨，狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂，经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料。人造石墨的骨料分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类。其中煤系针状焦以及石油焦应用最广：一般来讲，高比容量的负极采用针状焦作为原材料，普通比容量的负极采用价格便宜的石油焦作为原料，沥青作为粘结剂。理化性质在理化性质方面，天然石墨与人造石墨既有共性，也存在性能上的差异。如天然石墨与人造石墨都是热和电的良导体，但对于相同纯度和粒度的石墨粉体来说，天然鳞片石墨的传热性能和导电性能最好、天然微晶石墨次之，人造石墨最低。两者性能有着各自的优缺点，应用领域也有所不同。天然石墨克容量较高、工艺简单、价格便宜，但吸液及循环性能差一些;人造石墨工艺复杂些、价格贵些，但循环及安全性能较好。微观形貌从上图中就可以看出天然石墨和人造石墨在形貌上的区别。天然石墨大小颗粒不一，粒径分布广，未经处理的天然石墨是不能作为负极材料直接使用的，需要经过一系列的加工后才能使用。而人造石墨在形貌以及粒径分布上就一致多了，一般认为，天然石墨的容量高，压实密度高，价格也比较便宜，但是由于颗粒大小不一，表面缺陷较多，与电解液的相容性也比较好，价格也会贵一些。生产制备天然石墨负极材料是采用天然鳞片晶质石墨，经过粉碎、球化、分级、纯化、表面等工序处理制得，其高结晶度是天然形成的。人造石墨是将骨料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。基本的工序流程是一致的。某厂人造石墨制备流程动力电池更加宠爱人造石墨目前市场上负极材料主要以人造石墨与天然石墨为主，受益于动力电池的强劲需求，人造石墨以其可靠性和安全性成为了负极材料的市场主流。中国负极材料市场结构变动我国负极材料市场产量结构变化(吨)天然石墨和人造石墨负极材料性能不同，在实际应用中也会产生较大差别。根据最近几年负极材料市场结构和产量结构的变化可以看出，2013年，中国负极材料市场天然石墨占据主导。2014年以后，在负极材料市场的争夺中，更适用于动力电池的人造石墨市场占比超过天然石墨，并且逐年递增。预计未来几年，受新能源汽车应用影响，人造石墨占比将继续上升：目前国内新能源汽车锂电池所采用的负极材料大多使用人造石墨，新能源汽车在国家政策的扶持下呈爆发式增长阶段，带动动力电池的大幅增长，未来几年动力电池将是拉动人造石墨产量大幅上升的主要引擎。
动力电池技术难关仍待突破
2019-01-04 09:45:34
近年来，随着我国新能源汽车市场的迅猛发展，作为其核心部件的动力电池的需求缺口进一步扩大，动力电池产业的集中度不断提升,但也出现了产能过剩、技术难关仍待突破、电池回收利用仍存障碍等产业发展瓶颈。8月25日，由中国汽车技术研究中心、张家港市人民政府、中美清洁汽车合作联盟联合主办的“2017国际电动汽车动力电池产业发展与技术创新峰会”召开，多位业内专家学者以及企业代表围绕动力电池技术开发与性能优化、动力电池回收与梯次利用等问题展开深入探讨。
“新能源汽车快速发展中有两个问题，一个是续航里程，一个是安全问题。”在此次峰会上，中国工程院院士陈立泉表示，眼下，要破解新能源汽车的续航瓶颈和安全问题，整个行业应着力在电池研发上下功夫。
一般情况下，动力电池分为铅酸电池、镍氢电池和锂电池等，由于锂电池的能量密度和性能具备比较优势，现已成为国内新能源汽车的主要选择。根据材料体系的不同，锂电池又分为不同的类型，主要包括磷酸铁锂电池、三元锂电池、锰酸锂电池等，不同类型的锂电池各方面性能和价格又各不相同，有着各自的优缺点。
国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚表示，动力电池作为电动汽车核心的零部件，近年来保持快速增长态势，一批优秀的动力电池企业已经跻身世界动力电池行业前列。
根据相关研究机构统计数据显示,2016年中国国内锂动力电池企业出货量合计达到30.5GWh,同比2015年的17.0GWh大幅度增长79.4%。另外，目前电池成本占新能源乘用车全部生产成本的40%至60%，其技术进步对整个新能源汽车行业的发展起着至关重要的作用。
王秉刚认为，未来动力电池行业要持续创新，提高电池性能，企业应努力设计出高安全性的电池产品，同时要与整车企业建立紧密联盟，采取精益生产理念，努力降低成本。
一般认为，动力电池组往往是单体电池经过串、并联而组成的集合体，而单体电池在材料、制造过程中的差异往往导致单体之间的不一致性。我国动力电池的一致性和稳定性差长期以来被人诟病，但这一状况在企业的实际生产过程中正得到大幅改善。
天津力神电池股份有限公司战略规划部部长杨华结合企业自身情况谈道，动力电池的一致性长期以来是行业发展的难题和短板，动力电池产品要实现安全、高能量密度等稳定性能，在生产之前就要对产品设备以及各个生产环节做好质量分析，做到燃料的数字化、设备数字化、工艺数字化、环境数字化、测量数字化，通过智能制造提升电池的安全性、一致性，特别是保证产品全生命周期的一致性。
合肥国轩高科动力能源有限公司电池研究院院长张宏立也认为，在进行电池前期设计的时候，要充分考虑温度范围、寿命、安全、能量密度等指标的一致性，进行相应的关键技术研发，继而实现产业化应用。
有研究数据表明，预计到2018年，我国动力锂电池废旧回收市场将初具规模，累计废旧动力锂电池超过12GWh、报废量超过17万吨，到2023年废旧锂动力电池市场将达 250亿元。
眼下，随着新能源汽车的爆发式增长，未来几年无疑会有大量的动力电池“退役”，届时，动力电池梯级利用和电池回收将成为一个不得不面对的现实问题。
“动力电池的回收利用问题已经迫在眉睫，以后每年将有几何级数增长，如果安排不好有可能是一场新的环保灾难。”王秉刚表示，动力电池回收不应只是停留在口头上，更应该得到具体落实，只有这样才能促进行业进步。
据张家港清华研究院再制造产业研究院常务副院长郑郧介绍，为了解决废旧动力电池处理问题，我国已经出台了30多项产业政策，鼓励动力电池梯次利用，明确了电动汽车生产企业承担电动汽车废旧动力蓄电池回收利用的主要责任，梯级利用电池生产企业承担梯级利用电池回收利用的主要责任，报废汽车回收拆解企业应负责回收报废汽车上的动力蓄电池。
锂电池和铝空气电池等动力电池技术解析
2019-02-28 11:46:07
现在在交通运输用动力源方面，首要有四种技能道路：锂离子电池、氢燃料电池、超级电容和铝空气电池。其间锂离子电池、超级电容和氢燃料电池得到广泛的运用，而铝空气电池尚处于实验室研讨阶段。动力补给方面，锂离子电池、超级电容适用于纯电动轿车，可是需求外部充电，而氢燃料电池轿车则需求外部加注，铝空气电池则需求弥补铝板和电解液。
1、氢燃料电池特性 （1）杰出的环境相容性 氢燃料电池供给的是高效洁净动力，其排放的水不只量少，而且十分洁净，因而不存在水污染问题。一起因为燃料电池不像发动机那样需求将热能转化为机械能，而是直接把化学能转化为电能和热能，能量转化功率高，噪音小。 （2）杰出的操作功能 氢燃料电池发电，不需求杂乱巨大的装备设备，电池堆能够模块化拼装。例如，一个4.5MW的发电设备能够有460个电池组件组成，其发电厂占地面积比火力发电厂小得多。氢燃料电池合适作为涣散发电设备。别的与火力、水力和核能发电比较，氢燃料电池电厂的建造周期短，扩建简单，能够彻底依据实践需求分期建造。一起氢燃料电池的运转质量高，应对负载的快速变化（如顶峰负载）特性优秀，在数秒内就能够从低功率变换到额定功率。 （3）高效的输出功能 氢燃料电池作业时将燃料贮存的能量转化为电和热，转化电能的功率在40%以上，而汽轮机只要1/3能够转化为电。 （4）灵敏的结构特性 氢燃料电池拼装十分灵敏，功率巨细简单分配，与传统发动机比较，因为氢燃料电池杰出的模块功能够在不添加基础设施出资的基础上，经过增减单电池的片数即可轻松完结输出功率和电压的调整，所以建造起来也很简单，而且比较简单完结对电网的调控。燃料电池的这一特色进步了体系稳定性。 （5）氢的来历广泛 氢作为二次动力，可经过多种方法获得，如煤制氢、天然气重整制氢、电解水制氢等等。在化石动力被耗尽时，氢将成为世界上的首要燃料及能量。而选用太阳能电解水制氢，进程中没有碳排放，能够以为氢是动力。 （6）存在的瓶颈 从现阶段开展来看，氢燃料电池的遍及遇到必定的瓶颈，如电池自身本钱较高，基础设施没有遍及等。 2、锂离子电池特性 （1）电压渠道 锂离子电池因为选用的正负极材料不同，其单体电池的作业电压规划为3.7~4V，其间运用规划较大的磷酸铁锂单体电池作业电压为3.2V，是镍氢电池的3倍、铅酸电池的2倍。 （2）比能量 当时乘用车锂离子动力电池的能量密度挨近200Wh/kg，估计2020年到达300Wh/kg。 （3）电池寿命短 因为电化学材料特性的限制，锂离子电池的循环次数没有获得打破，以磷酸铁锂为例，单体电池循环次数能够到达2000次以上，成组后仅为1000次以上。无法满意公交运转8年期限的要求。 （4）对环境影响较大 锂离子电池选用轻金属锂，虽然不含、铅等有害重金属，被以为是绿色电池，对环境污染较小。但实践上因为其正负极材料、电解液包括镍、锰等金属物，美国现已将锂离子电池归类为一种包括易燃、浸出毒性、腐蚀性、反响性等有毒有害性的电池，是现在各类电池中包括毒性物质较多的电池，而且因为其收回再运用的工艺较为杂乱导致本钱较高，因而现在的收回再运用率不高，抛弃的电池对环境影响较大。 （5）本钱仍然较高 锂离子电池初期置办本钱高，以现在公交车用动力电池主流产品磷酸铁锂电池为例，报价大约在2500元/kWh，跟着电动轿车的遍及，有望在2020年降低到1000元/kWh以下。因为单体电池成组后循环次数的限制，公交车一般在3年左右即需求替换电池，运营单位本钱压力较大。 （6）对电网影响较大 首要大规划运用纯电动轿车，因为充电需求较大，充电设备对电网的谐波搅扰将会凸显，影响电网的供电质量；其次，在快充时，因为是大倍率充电，因而充电功率较高（乘用车在50kW、客车在150~250kW左右），对电网的负荷冲击较大。 因而，根据现在锂离子电池的技能水平来看，其电动轿车方面的运用首要在行进路程小于200km的近间隔纯电动轿车中。 3、超级电容器特性 （1）极高的充放电倍率 超级电容具有较高的功率密度，可在短时间内放出几百到几千安培的电流，充电速度快，可在几十秒到几分钟内完结充电进程。超级电容公交车和有轨电车就是运用此特性在短时间内完结充电，驱动车辆行进。 （2）循环寿命长 超级电容的充放电进程损耗极小，因而在理论上其循环寿命为无量，实践可达100000次以上，比电池高10~100倍。 （3）低温功能较好 超级电容充放电进程中发作的电荷转移大部分都在电极活性物质表面进行，所以容量随温度衰减十分小，而一般锂离子电池在低温下容量衰减起伏乃至高达70%。 （4）能量密度太低 超级电容运用的瓶颈之一就是能量密度太低，仅为锂离子电池的1/20左右，约10Wh/kg。因而不能作为电动轿车主电源，大多作为辅佐电源，首要用于快速启动设备和制动能量收回设备。 4、铝空气电池特性 （1）材料本钱低、能量密度高 铝空气电池的负极活性材料是含量丰厚的金属铝，报价便宜，环保，正极活性物质是空气中的氧气，正极容量可视无限大。因而铝空气电池具有质量轻，体积小，运用寿命长的优势。 （2）关键技能未获得打破，没有走出实验室 空气电极极化和氢氧化铝沉降等问题是影响金属空气电池走向市场化的重要妨碍，铝空气电池功能的进步遇到很大的瓶颈。现在尚处于实验室阶段，间隔商业化推行还有一段不小的间隔。
我国动力电池格局分析 或将主宰全球电池市场
2019-03-06 10:10:51
导读：我国政府现已清晰了新能源轿车是轿车大国走向强国的必经之路，而必经之路的瓶颈是动力电池技能。那么，我国动力电池格式是怎样的？动力电池技能又能否打破？
面对日韩厂商的竞赛，我国在曩昔一年间将轿车锂电池产能增加了两倍，以满意激增的电动轿车销量。回忆2016年，我国新能源轿车产销规划高达50多万辆，新能源轿车也开端从公交车转向出租车。截止2016年末，我国轿车产销规划已达2800万辆，存量1.67亿辆。据估计，到2020年，新能源轿车产销规划将达200万辆，存量500万辆。
一、动力电池的战略性位置
对燃油轿车而言，发动机是轿车心脏。我国轿车落后于外国，首要是发动机技能落后。假如不能完成技能打破，国人将长时间为外国厂商打工。所以，我国政府提出，开展新能源轿车的根本目的是要改动现在的现状，我国轿车工业必须有新的相貌。 可是，跟着环保要求越来越高，发动机技能水平要求越来越高，国内外技能间隔也越来越大。这种状况下，咱们只能另辟蹊径。怎么另辟蹊径？答案就是新能源轿车。 能完成逾越吗？能！ 理由很简单：国内外技能在动力电池方面都是新的。也就是说在动力电池方面，假如我国动力电池研制及出产比外国快一些，这个弯道超车就会成功。
别的，我国开展新能源轿车上升到了国家战略层面：
1.我国对动力电池的研讨起步于“十五”科技部电动轿车要点专项，其时首要是镍氢电池和锰酸锂电池；
2.“十一五”首要是磷酸铁锂电池（磷酸铁锂电池的开展支撑了我国“十二五”电动轿车的开展，我国新能源轿车完成了产销国际第一的规划）；
3.“十二五”将研制方向转向三元锂离子电池（因为三元锂离子电池的比能量高达180Wh/kg），现在开端推动三元锂离子电池研制和运用。
二、我国轿车动力电池技能现状
1.工业现状
力神、比亚迪、光宇等厂商现已进入国际前十之列，国内开发的单体技能水平与国外水平适当，产品的一致性方面与日韩厂商还有距离。
2. 比能量现状
①慢充电池以三元材料为主攻方向，负极材料以石墨为主，正极材料为三元材料系统，其密度在110-180Wh/Kg，部分高达200 Wh/Kg；
②快充电池以碳酸锂为主，密度维持在90WH/Kg左右。
3. 本钱现状
2016年，电芯产品报价约1600元/kWh (本钱约1200元/kWh)，电池组报价大都在2400～2500元/kWh之间(本钱约1800～1900元/kWh)。
尽管国内动力电池技能开展迅速，但电池产品功能、质量和本钱仍难以满意新能源轿车的推行遍及需求，尤其在根底要害材料、系统集成技能、制作配备和工艺等方面与国际先进水平仍有较大距离。 三、动力电池商场或将面对产能过剩
2016年，许多公司都在扩张动力锂离子电池产能。截止2016年末，商场上有较大影响力的10家干流动力电池供应商的动力锂电算计产能已挨近50GWh，估计2017年将超越85GWh，这其间还不包含很多中小规划的制作商。但依据猜测，2017年我国动力电池总需求量或缺乏35GWh。由此可见，动力电池商场未来将出现产能过剩的状况。 首要动力电池厂商未来产能规划如下：四、国内动力电池商场分析
从上图可知，动力电池的开展紧随新能源轿车全体商场趋势，新能源轿车商场开端大幅上量后，动力电池商场也出现迸发趋势。从2014年的3.70Gwh的出货量跃居至2015年15.7Gwh，同比增加超越3倍。2016年，新能源轿车搭载电池总量达28 Gwh，与上一年同期相比增加79%，超曩昔年全年动力电池出货量近12Gwh。（注：动力电池出货量为保存统计数据，因为未考虑其他影响要素，电池供应商实践产能会高于此。）从上图可知，磷酸铁锂电池依旧是商场主力，搭载量高达20Gwh，占比高达73%。而三元材料电池受制于此前禁用纯电动客车方针的影响，2016年搭载量仅为6.3Gwh，占比22%。其次，包含锰酸锂、钛酸锂、镍氢电池、超级电容等其他材料电池也均有小量搭载，总占比仅5%。
五、怎么在未来电池商场分得一杯羹?
现在，我国具有超越140个电池出产商，电动轿车和电池将在我国崛起成为一个大型职业。据估计，电动轿车在未来20年将占全球轿车收购量的40%。现在，全球轿车每年的出产销量约为1亿辆，这意味着电动轿车每年的供应约为4000万辆。假定电池报价与一般内燃机的6000美元本钱适当，那么电池职业未来就有或许到达2400亿美元。 电池技能发端于日本，在韩国得到进一步开展，现在重心开端向我国搬运。我国电动轿车商场快速增加，加之我国轿车安装厂商偏好运用本乡产品的趋势，为我国电池出产的持续开展供给了很大的潜能。材料显现，我国国产锂离子电池在我国品牌电动车中的运用率现已超越90%。别的，我国电池在全球出产中的份额远高于日本，估计到2020年我国的全球商场份额将上升至70％以上。 现在，我国电池厂商正向以比亚迪、宁德年代、国轩高科等电池巨子为代表的独占式开展，一些小众的电池工业逐步走到开展边际。据统计数据显现，2016年全球动力电池厂商销量排名中，前十排名中有七家厂商来自我国。 总而言之，在行将到来的这场电力革射中，每一个放入车辆的电池组，都会替代一个内燃机。电动轿车的增加会引起全球电池职业的剧变，但这也伴跟着部分发动机及其部件的“消亡”，一场革新行将到来~
“石墨烯+”电池问世，电池续航两倍不是梦！
2019-01-03 14:43:39
自电动汽车问世以来，电池的续航能力一直是人们所关注的焦点，近日，中科院宁波材料所利用石墨烯研制出了一种千瓦级铝空气电池，其能量密度相当于一般商业电池的4倍乃至更高，能量密度的高低直接决定了动力汽车的续航能力，研发项目的成功使得电动汽车行业有了进一步的提升。
自电动汽车问世以来，电池的续航能力一直是人们所关注的焦点，近日，中科院宁波材料所利用石墨烯研制出了一种千瓦级铝空气电池，其能量密度相当于一般商业电池的4倍乃至更高，能量密度的高低直接决定了动力汽车的续航能力，研发项目的成功使得电动汽车行业有了进一步的提升。这一“续航魔咒”正在被打破，新的研究技术有望解决电动汽车的“里程焦虑”。
该电池系统能量密度高达510Wh/kg、容量20kWh、输出功率1000W，该能量密度比一般电池系统有了显著的提高，验证该系统的发电能力发现，该系统可同时为一台电视、电脑、电风扇以及10个60瓦照明灯泡供电。图为浙江省石墨烯应用研究重点实验室主任刘兆平
浙江省石墨烯应用研究重点实验室主任刘兆平介绍，如果将该电池系统用于新能源汽车上的话，可多方面提高汽车的性能，车身更加轻盈，大大提高了续航里程;如果用于手机充电宝上，则可大大提高输出电量。此外，传统通讯基站酸铅蓄电池3—4年更换一次，而宁波材料所研发的铝空气电池储存时间约15年，电池寿命要长得多。“正是拥有能量密度高、价格低廉、资源丰富、绿色无污染、放电寿命长等优势，铝空气电池在通讯基站备用电源与电动汽车增程器应用方面具有诱人的市场前景。”刘兆平说。
石墨烯在锂硫电池中的应用
2019-01-03 09:36:39
随着便携式电子设备和电动汽车等产业的快速发展，人们对高能量密度电池的需求日益迫切，然而在传统锂离子电池中，正极材料因“插层式”的储锂机制导致其容量普遍较低，无法满足快速增长的市场需求。因此，新型高能量密度二次电池的探索和研发成为了储能领域的研究热点，锂硫电池就是其中之一。
一、锂硫电池简介
锂硫电池的工作原理基于硫和Li+可以发生可逆的氧化还原反应，两者之间的电化学反应式如下：基于该反应的硫正极的理论比容量高达1675mAh/g，是传统锂离子电池正极材料的10倍，同时硫储量丰富、成本低，因此锂硫电池受到了广泛关注，然而硫及多硫化物本身性质的缺陷，使得锂硫电池仍存在很多问题。
首先，硫是绝缘体，导电性差，给电荷传递过程带来困难;其次，多硫化锂可以溶解在电解质中，易迁移到金属锂一侧被还原成不溶性Li2S沉积在金属锂电极表面发生“shuttleeffet”现象;再次，可溶性多硫化锂被完全还原成不溶性硫化物时，会阻碍电子和离子的有效传输;最后，单质硫转化为不溶性硫化物后，由于两种物质密度的差异，会造成体积效应，降低电极稳定性。因此，锂硫电池存在实际容量低、循环性能差和信率性能不佳等缺点。
二、石墨烯在锂硫电池中的应用
针对上述问题，为了获得高性能的锂硫电池，研究者对硫正极进行了多种手段的复合与改性研究，设计并制备了一系列具有新颖结构和优异性能的复合硫正极材料。其中，碳材料因其导电性高、结构丰富、比表面积大等优势而得到了广泛应用，而石墨烯这一新型碳材料在提升锂硫电池性能方面有优异表现。
石墨烯是优异的电子导体，同时具有机械强度高、比表面积大等优点，同时化学改性的石墨烯及石墨烯衍生物具有一系列能为负载提供诸多活性位点的表面官能团，因此石墨烯在复合硫正极材料中得到了广泛的应用。
一方面，石墨烯被用作硫正极的导电载体，弥补硫导电性差的缺陷;另一方面，通过合理的结构设计与表面改性，石墨烯还能够抑制多硫化物的溶解。此外，在最近的研究中，科学家还发现通过石墨烯功能涂层的设计，能够减缓多硫化物在正负极之间的穿梭，抑制“shuttleeffet”现象。
1、石墨烯/硫复合正极材料研究进展
石墨烯极高的电导率可以弥补硫颗粒导电性差的问题，因此石墨烯材料多被设计成负载硫单质的导电基体或者导电网络，比如石墨烯泡沫结构可实现石墨烯与硫在纳米尺度的均匀复合，能够为硫提供快速与高效的电子传输通道，同时纳米孔还能够有效束缚多硫化物。
常规条件下获得的三维石墨烯尽管结构丰富，但极为蓬松，表观密度很低，导致硫负载后复合电极材料体积能量密度严重不足，为此，中科院沈阳金属所成会明院士利用CVD方法在泡沫镍上获得三维多孔石墨烯泡沫。图1 (a)柔性石墨烯/硫复合材料的制备流程;(b、c、d、e)石墨烯/硫复合电极材料照片及柔性展示
该方法不仅能够负载高比例的硫，而且硫的含量能够在3.3~10.1mg/cm2范围内进行调控，特别是负载量为10.1mg/cm2的电极，能够获得极高的比面积容量(13.4mAh/cm2)。
另外，考虑到石墨烯独特的二维片状纳米结构，采用以石墨烯纳米片作为包裹材料，构筑具有“核壳”结构的复合电极材料也是固定多硫化物，缓解其溶解的重要方式。先在碳纳米纤维表面均匀负载上硫，再使用石墨烯包覆在硫表面是一种很有效的方法。图2 具有同轴结构石墨烯/S/碳纳米纤维复合电极制备图
2、石墨烯功能涂层在锂硫电池中的应用
为提高锂硫电池的循环稳定性,除了对硫正极材料的组成与结构进行调控以抑制多硫化物的溶解，通过极片结构的设计来减弱“shuttleeffect”也是一条重要途径。例如，在硫正极和隔膜间添加一层缓冲层能够极大的提高锂硫电池的寿命。图3 石墨烯隔膜涂层有效阻挡多硫化物迁移示意图
石墨烯/硫/石墨烯-隔膜的创新极片结构设计，一方面将集流体由传统的Al箔改为石墨烯;另一方面对隔膜进行改性，改变了原有隔膜与硫正极直接接触的方式，在隔膜表面涂布一层石墨烯材料。
采用传统的极片结构，在循环过程中多硫化物溶解在电解液后，会穿过隔膜进入金属Li一侧，而在这一新颖结构中，存在于隔膜与正极材料之间的石墨烯层能够有效阻止多硫化物的迁移。另外，由于石墨烯材料优异的力学性能，石墨烯改性隔膜能够有效缓解硫正极在充放电过程中的体积变化，保持极片结构的完整性。
综述：
电化学储能在当今人们的生产生活中占有重要地位，无论是可再生能源的大量存储还是便携式设备的高密度存储，对电化学储能器件和材料的成本、储能密度、稳定性等指标都提出了较高的要求。
锂硫电池由于其理论比容量、比能量高，原料价廉易得，在未来电化学储能领域中将极具竞争力，如果通过石墨烯的应用能够改善锂硫电池实际容量低、循环性能差和信率性能不佳等缺点，在不远的将来，锂硫电池的表现可能会给我们带来更多惊喜。
吃“软”怕“硬”或成动力电池发展趋势
2019-01-03 15:20:48
作为新能源汽车的最核心部件和产业商业化破局的关键，动力电池产业的发展一直受到各界的关注。近几年来，在国家政策的调控下，各大整车企业对新能源车型产品和供应链进行了大调整，带动了电池行业整体新一轮的发展。在上半年公布的6批公告中，参与配套的电池高达85家。
值得一提的是，软包装电池在这一过程中，显示出了强劲的增长力。据相关研究机构统计，2015年国内方形、圆柱、软包锂电池产量分别为17GWh、10.1GWh、19.8GWh，占比分别为36.4%、21.5%、42.3%，软包电池占比已经超过方形和圆柱电池。2016年前三个季度，受新能源汽车市场波动等因素影响，方形、圆柱电池产量环比都出现了不同程度的下滑，只有软包电池产量环比上升，国内软包电池前三季度产量达13Gwh，其中，第三季度环比增长达20%。
目前，北汽、长安、东风等国内中高端新能源乘用车产品上，都开始采用软包动力电池。LG、AESC等国外动力电池企业也启动了软包电池的大批量生产。
“软包电池未来将在乘用车上得到广泛应用，成为新能源汽车市场的主力军。”北京国能电池科技有限公司(以下简称国能电池)常务副总经理张景舒说。
资料显示，目前，主流的锂电池封装形式主要有三种，即圆柱、方形和软包。
圆柱形锂电池生产工艺成熟，成本较低，产品良率以及电池组的一致性较高，散热性能优于方型电池，便于多种形态组合，适用于电动车空间设计的充分布局。但由于采用钢壳或铝壳封装，自重较高，比能量相对较低。
方形硬壳电池壳体多为铝合金、不锈钢等材料，内部采用卷绕式或叠片式工艺。由于方形锂电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产，所以市场上有成千上万种型号，导致工艺难以统一。
相比之下，软包电池的包装材料和结构使其拥有一系列优势。比如重量轻，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%，较铝壳锂电池轻20%;内阻小，软包电池的内阻较锂电池小，可以极大的降低电池的自耗电;循环性能好，循环寿命更长;设计灵活，外形可变任意形状，可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号。
从最近几年的市场发展趋势来看，软包电池的占比越来越高，有专家预计，未来软包电池的市场份额有望超过50%。
海通证券发布的研究报告显示，软包电池未来在动力领域拥有极大发展空间。该报告指出，软包电池相比目前主流技术路线，质量较使用铝壳轻20%、可获得更高的能量密度，具有更好的安全性，循环次数更高;软包电池在国内锂电池整体市场的占有率约为35%，在3C领域已经证明了其优越性，但是在动力电池这一子环节的占有率估算尚不到10%。国内动力软包电池尚处于起步阶段，未来具有极大的发展空间。
最关键的还在于，软包电池安全性能更佳。
“因为是软包装，是通过PP膜热封封口的方式，所以承受的内压比较低。其他两种(硬)包装遇上当防爆阀不能完全打开的情况，可能会发生这种爆炸。因而软包装的安全性能是略胜一筹的。”国内某动力系统有限公司副总经理艾群表示。
目前，许多电池企业已经加大、加快软包电池的研发生产。其中，国能电池是较为领先者。在上半年新车目录中，国能电池的车型配套数量进入前三，已经为安凯客车、东风汽车、东风襄旅、亚星、南京金龙、珠海银隆、北汽银翔等客车、专用车企业进行了配套和批量供货。目前，国能电池已经建设了北京、河南中牟、浙江海宁、湖北襄阳等八大生产基地。今年年底产能将达到11GWh，有望成为全球最大的软包电动力电池制造商，预计在2020年，产能可达到25GWh。
国能电池董事长郭伟表示，国能电池做出发力软包电池这一战略决策，根据就是对技术趋势的判断。
“我国新能源汽车产业正不断发展和升级。动力电池作为最核心的部件，其技术的升级、更迭肯定更快，整个产业发展的方向一定是高性能、高能量密度。最终，市场证明我们的判断是对的。”郭伟说。
据他介绍，国能电池量产的电池组能量密度，在2016年就已达到了125wh/kg，三元单体量产的能量密度达到了200wh/kg。预计到2017年年底，国能磷酸铁锂电池单体密度将突180Wh/kg，三元产品将突破240Wh/kg。
有专家指出，当前动力电池行业的竞争，根本上还是技术的比拼。一支以高水平科研人员为核心、研究方向覆盖电池技术关键领域的技术团队，是国能电池取得领先身位的保障。
据了解，目前国能电池技术团队的核心人员，均为行业高端人才：副总经理吴丛笑是中组部“千人计划”新能源领域的领军人物，中科院电化学博士;技术总监马军同为中组部“千人计划”的专家，曾主持国家863等重大专项项目，拥有十多项电动汽车重大发明。此外，国能首席动力电池科学家李德成，来自索尼动力电池部门，长期从事能源材料研发;首席先进电池科学家文哲泽曾任NEC能源公司技术负责人，为三星、日立等企业开发产品。
目前，国能电池已经成立了北京研发总部和无锡研发基地，上海研发分部年底将正式启用。公司已经具备完善的研发体系和健全的实验条件，拥有高科技研究中心、电池仿真平台、电池管理系统和电池开发实验平台等。
不过，也有声音认为，无论圆柱、方形还是软包电池，目前之所以都能快速发展，是因为它们在各自擅长的应用领域，都得到了很好的应用。在政策与市场的双轮驱动下，动力电池产业正从导入期向高速发展期加速前进。而在技术路线选择上，国内方形、软包、圆柱三足鼎立的局面将长期保持。其市场占比，还要取决于下游市场的具体发展情况。
为何纯电动客车独爱磷酸铁锂动力电池？
2019-01-03 09:36:39
近日，国家工信部发布2017年第8批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》(以下简称“目录“)。其中纯电动动力新能源车型在国内发展势头依然强劲，推荐纯电动产品共249个车型，占总车型的91%。
数据显示，在纯电动车型中，有142款纯电动车型使用磷酸铁锂动力电池，81款车型使用三元动力电池，9款车型用钛酸锂电池，5款车型用锰酸锂电池。分布比例如下：
在推荐的249款纯电动车型中，纯电动客车共有113款，纯电动新能源专用车共有107款，纯电动乘用车共有29款车型。占比如下：
在113款纯电动客车中，使用磷酸铁锂电池的车型约为98款，占总体比重的87%;三元电池仅为1款，约占整体比重的1%;钛酸锂电池使用数量为9款，约占整体比重的8%;使用锰酸锂电池的车型为3款，约占整体比重的2%。
磷酸铁锂电池为何在纯电动客车领域独占鳌头?
磷酸铁锂电池方面，纯电动客车磷酸铁锂电池的系统能量密度区间约为87-135Wh/kg，车辆的续驶里程区间为200-576km不等;三元电池方面，纯电动城市客车使用的宁德时代三元动力电池，系统能量密度达到136.05Wh/kg，续驶里程450km。
纯电动客车独爱磷酸铁锂动力电池主要是因为其拥有比三元电池更高的安全性。新能源客车载人较多，一旦出现安全事故往往容易造成比乘用车更大的危害。而动力电池被认为是影响新能源汽车安全性能的主要因素，这直接关系到电池行业的发展，并影响到国家政策和舆论的导向。
因此，尽管三元动力电池的续航能力更好，能量密度也优于磷酸铁锂电池，但在安全性作为首要考虑问题的客车领域，基于我国磷酸铁锂电池产业化、技术成熟度较高的背景下，纯动力客车领域还是倾向于使用安全性更高的磷酸铁锂电池。
为何石墨软石墨烯“硬”
2019-01-04 15:47:49
导读
为什么石墨那么软，而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，其实这里涉及两个不同的概念，一个是强度，这是力学概念，一个是硬度，属于物理概念。
石墨烯的“硬”，是指强度高，衡量强度的指标是杨氏模量，根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高，可达1T帕(压强单位)，是材料里最高的，所以石墨烯是硬物质，可以说是很硬。相应的像橡胶这些，模量只有几千帕，就是软物质，很软。材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念，这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说，石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好，就是它抗断裂的能力很强，这也和它的韧性很好有关系，因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。
再说石墨的软，这是物理概念，指的是硬度。硬度的衡量，是用一种材料去破坏另一种材料，被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力，非常弱，只要用固体去划它，都能把它的片层错开，所以石墨很容易被破坏，就是说石墨很软。
为何石墨软，石墨烯“硬”？
2019-01-03 09:37:04
为什么石墨那么软，而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，其实这里涉及两个不同的概念，一个是强度，这是力学概念，一个是硬度，属于物理概念。
石墨烯的“硬”，是指强度高，衡量强度的指标是杨氏模量，根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高，可达1T帕(压强单位)，是材料里最高的，所以石墨烯是硬物质，可以说是很硬。相应的像橡胶这些，模量只有几千帕，就是软物质，很软。
材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念，这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说，石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好，就是它抗断裂的能力很强，这也和它的韧性很好有关系，因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。
再说石墨的软，这是物理概念，指的是硬度。硬度的衡量，是用一种材料去破坏另一种材料，被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力，非常弱，只要用固体去划它，都能把它的片层错开，所以石墨很容易被破坏，就是说石墨很软。
雅迪石墨烯电池
