钟成：一步法制备高品质石墨烯及其在锂离子电池上的应用

时间:2015-12-30 14:36来源:中国电池联盟网作者:西顾

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先介绍一下我们公司，电池行业的话跟我们隔了一两步，关系不是很大，我们主要做石墨烯，做电池的也都听说过，老是有新闻放出来，特别石墨烯和电池的结合。我们在青岛主要是做石墨烯的制备和应用，预计一个月以内能够在新三板挂牌，如果大家有需求的话可以联系我们。

两大类产品，一个是石墨烯粉体，待会儿会讲到机械法的问题。主要的应用方向，因为现在石墨烯作为早期的行业，包括电池类的应用上都是在一个不断的探索中，我们也有相关的项目在进行。另外还做一些石墨烯增强的复合材料等项目。

回到石墨烯上，昨天也有一个相关的报告，大家也都对这个材料有所了解。简单地说它是一种非常有特色的二维材料，因为它的二维性质有很多独特的物理、电子方面的一些应用前景，也因为这个10年一个科学家得诺贝尔奖。

它处于一个叫早期的阶段，而且是前景很好的行业。我们看这张图，从10年到11年左右，全球范围内进入产业化阶段，石墨烯的基础研究和产业化是同步进行的。14年和今年有石墨烯的产品出现，大家可能听说过石墨烯手机，包括石墨烯电池，这都是一些利用石墨烯制备的新型产品。

这个材料在全球范围来看，中国还是比较有优势，因为从2010年开始，我们国内在创业新材料这个方向投入了很大的资源，所以对石墨烯行业来说，我们的基础研究，欧美的话还是有它的底蕴在，比我们还是强一点，但是产业化方面，国内无论投入的资源、资金以及产品进度可以说超过了国外包括欧美、包括日韩他们的状态。中间这张图是欧洲的地图，从2012年开始欧洲启动了一个叫石墨烯旗舰计划，是欧盟委员会支持的，十年内投入十亿欧元，专门搞石墨烯的研究和产业化，当然它是很完整的一个项目，从基础研究到产业化，甚至包括相关的管理项目都可以算在这里，不管怎么样，这是全球范围内最大的石墨烯研究计划。

目前国内十三五，包括上个月出台了三部委的联合指导意见，对于石墨烯都有很好的支持，但是经费的额度没有这个大。右下角是昨天拍下来的国内股票市场，石墨烯板块这样一个走势。如果扣除掉股灾的影响，可以看到石墨烯这个板块是非常受到资本市场热捧的。国外的石墨烯企业，美国有几家，欧洲有几家，其他都做的一般。最下面大家看到西班牙的，从去年开始不断在新闻出现的充电八分钟，能跑一千公里的新闻的源头，这个跟咱们这个会议稍微有一些关系。

这个是国内的石墨烯相关企业的一个分布图，基本上来说核心区域还是在江浙一带，因为这边民间的资本和创新意识应该还是比北方强一些。除了江浙，宁波、上海、常州、青岛、厦门、深圳这些都是有相对比较多的石墨烯产业的聚集。我来自青岛，当然我也要替青岛吹两句，虽然起步的比江浙晚，但是这边发展态势还是非常好的，如果大家有机会，可以去看一下，我觉得在北方地区最大的石墨烯基地了。

这是我们自己梳理的一个石墨烯的技术树，可能跟大家比较有关系的是用还原的石墨烯制备电机材料，做这个行业的高校、研究所和企业非常多，另外考虑到石墨烯是非常好的二维结构，任何东西都不能穿透的，做防腐是非常好的前景。比如通过调控石墨烯的孔隙大小，这个是可以精确调控，比现在高分子膜好很多，右边直接做下来的一套，我们叫CAD法，建的最多的是触摸屏，也包括可穿戴设备，2012年常州已经出了用石墨烯膜做成的触摸屏，当时还赠送给诺奖得主一台，这个是所有的石墨烯产品做的最成熟的。另外在传感器方面已经到产业化的前沿了。用石墨烯做电路是欧美他们最感兴趣的一个方向，刚刚我提到欧洲旗舰计划里边，年度计划报告有一部分篇幅讲这块，这个可能要十年甚至二十年以后才实现的。

这个不多讲了，在座的都是专家，我总结了一下，14年底、15年不断有石墨烯跟电池相结合的新闻出现，3月份这个公司发布了石墨烯手机，其中触摸屏、电池和散热膜用到了，另外下半年不断有石墨烯相关的新闻出现，甚至包括华为在发布它的手机的时候，很多媒体也都预先报道用了石墨烯电池，但是实际上华为当场没有说这件事情，事后说这个电池没有用在最新的手机上，还在研发中。比如像去年八分钟跑一千公里，包括最近的硅酸盐所，这个地方我想说什么，这里头肯定有很多商业因素在里头，我相信在座的电池专家可能一看就理解这里头有很多完全违背常识的地方，你用石墨烯联盟秘书长李老师的一句话，我们还是要抱一个开放的心态，扣除掉它炒作的因素之外，石墨烯毕竟还是一个很有潜力的新材料。

到今天的主题，总结一下石墨烯在各种现在的电池，包括锂电包括铅酸，这样一些传统电池里，都能够起到一定的作用。当然不见得像新闻讲的那样，实际的作用还是存在的，最实际的把石墨烯作为导电添加剂，这个我们公司也在做，主要作用是降低内阻，提高导电性、安全性，另外我们跟军共的动力厂合作也是希望通过加入石墨烯来降低它充电的温度。

另外也有人提到用石墨烯直接来做电流收集的方面，如果做超级电容器的话不仅仅添加剂可能做主要的电机材料成分，这个也有人在做。最后一个就是硅负极，理论能量密度比碳提高十倍，但是膨胀是很麻烦的，提出用石墨烯，像一块布一样把硅包起来，不要胀的太厉害，这个也是未来的方向。

大家可能知道石墨烯这个材料很好，但是最大的问题是太贵了，去年的时候，市场上石墨烯还可能要卖到一千块钱一个，今年情况要好很多，几千块钱一公斤，甚至一两块钱一公斤都可以拿到了，但是它依然是一种非常昂贵的材料，我们希望在这个制备上做这么一个工作，通过一部机械剥离的办法，这样可以直接得到高品质的石墨烯，大大降低它的成本，能够把它应用在类似电池领域的时候，这个成本如果能够降低它是可以打规模推广开，比如说这个是我们的原理图，就是用这种办法加入一些化学试剂在24小时的时候给它剥离开，右边是电机照片，这个是高度的测量，从这个FIM来看，它的厚度能够控制在五层左右。

这是一些检测的结果，可以看到采用这种简易的办法，就可以得到非常好的性能的石墨烯，我们用红外，用XRD等等方法进行了检测，实验证明这种一步法制备的石墨烯，整个的平面结构保持的比较好，不像氧化，它整个的过程对于结构破坏比较厉害，这种方法除了边缘以外，它的内部六元环保持比较好，导电性比较好，缺陷是比较好的。左下角这个图就是拉曼，就是验证它的缺陷的，这两个峰的比值就是说明缺陷比较少的。

还是在实验室，我们用铁电机材料跟石墨混合直接制备得到的电机材料，进行了初步的验证，结果还是不错的，这个我就不是专家了，这是引用刘老师的一个结论。简单地说一下，我们采用这种一步法能够得到低成本、高性能的石墨烯，作为导电添加剂，石墨烯加入锂离子电池中，可以提高循环寿命、充放电倍率，还是有很好的前景。

我的汇报就到这，谢谢。

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