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石墨烯集流体为什么可以实现高倍率、高安全性、长循环寿命“全垒打”?

发表时间:2023-11-03 19:24

随着对锂离子电池快速充电及大功率放电的要求日益提高,电池的倍率性能、循环寿命以及安全性等指标越来越受到关注。

作为锂电池正负极的重要组成部分,集流体在很大程度上影响着电池性能。2023年以来,不少材料厂商和电池厂商纷纷加码布局新型集流体赛道,甚至有不少业内人士认为,新型集流体或将成为锂电池主流结构材料。

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新型集流体面面观

集流体占锂电池总重量的10-13%,起着承载活性物质的重要作用,实现化学能转化为电能的过程。

由于现在人们对于锂电池能量密度和安全性的要求越来越高,因此催生了更加轻薄化、高抗拉强度和高延伸率的新型集流体。

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*图片来源于网络

新型集流体技术路径多样。其中大厂新建产能多为复合集流体,复合集流体在高分子层的上下两面各仅有1μm的超薄金属层,较薄的金属层受到穿刺时产生的毛刺较小,降低了内短路风险。此外轻薄化的结构降低金属用量,减少了原材料使用成本,同时减轻了整体重量,提高电池能量密度。

不过,为了达到上述所谓轻薄化、高安全、成本低的优点,复合集流体牺牲了作为电池组件非常重要的导电性能、导热性能。

在复合集流体中,铜层变薄会使得集流体内的电阻值增加,同时导致电池内部热量传导效果变差。受限于更高的电阻值和较差的导热性能,搭载复合集流体的电池快充性能较差

石墨烯集流体为什么可以实现性能“全垒打”?

作为一家尖端纳米材料企业,长石新能源研究发现,“新材料之王”石墨烯用于制造集流体具有非常多的优势,并且不让集流体性能出现明显“短板”。

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通过石墨烯涂覆处理,可显著降低界面电阻,同时提高活性材料附着力,从而提升电池倍率性能和循环寿命

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石墨烯具有出色的机械柔韧性,同时非常轻薄,单层石墨烯厚度仅有0.334纳米,能兼顾满足集流体轻薄化、高抗拉强度和高延伸率的需求,符合未来发展趋势。

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石墨烯集流体还可以减小极化,减低热效应,抑制在充电过程中的升温,提高电池安全性


结语

在新能源汽车与储能等高景气下游的带动下,锂电池出货量高速增长,刺激集流体市场快速扩大。根据高工产业研究院的预测,在2030年,新型多功能复合集流体在电池市场的渗透率预计将达到40%,其出货量预计会达到140亿至180亿平方米,并且应用领域将非常广泛,包括储能、动力、数码等。

我们相信,石墨烯集流体兼具使用价值和商业价值,未来有望在千亿级别的集流体市场中占据一席之地。

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