因諾貝爾獎而進(jìn)入大眾視野的石墨烯，是一種新型碳納米材料，由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結構。石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、結構和力學(xué)性能，以及完美的量子隧道效應、從不消失的電導率等一系列特殊性質(zhì)。因為這些性能，它在下一代晶體管、透明導電膜、儲能技術(shù)、化學(xué)傳感、功能復合材料等與人類(lèi)生產(chǎn)生活息息相關(guān)的領(lǐng)域應用前景廣闊，被認為是一種有可能改變世界的新材料。人們對石墨烯基超級計算機的前景尤其樂(lè )觀(guān)，但從技術(shù)上來(lái)講，這種超級計算機在未來(lái)20年內難以成為現實(shí)。不過(guò)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的最新研究成果表明，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用有望在動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域率先實(shí)現。
該所動(dòng)力鋰電池技術(shù)研究團隊負責人劉兆平研究員介紹說(shuō)，磷酸鐵鋰正極材料是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的關(guān)鍵材料，但其生產(chǎn)技術(shù)一直為美國與加拿大的專(zhuān)利所壟斷，現在中國還在為此與他們進(jìn)行法律交涉�！暗谝惠喒偎局袊A(yíng)了。如果他們贏(yíng)了，每生產(chǎn)一噸磷酸鐵鋰要收1萬(wàn)元人民幣的專(zhuān)利費，這對我們的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)將是一個(gè)重大打擊�！�
劉兆平說(shuō)：“我們從2008年起開(kāi)始石墨烯的研究，通過(guò)石墨烯與磷酸鐵鋰的融合，提升了動(dòng)力鋰電池的性能，這才繞過(guò)他們的專(zhuān)利壁壘�！�
劉兆平認為，石墨烯在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域有如下兩個(gè)重要的應用方向，并很有可能在短期內取得重大突破。
一個(gè)方向是石墨烯復合電極材料。石墨烯憑借其優(yōu)異的導電性能可以提升電極材料的電導率，進(jìn)而改善其充放電性能;同時(shí)，石墨烯“柔韌”的二維層狀結構又可有效抑制電極材料在充放電過(guò)程中因體積變化引起的材料粉化，并增強與集流體間的導電接觸。因此，石墨烯改性能夠改進(jìn)眾多鋰電池正負極材料的電化學(xué)性能，磷酸鐵鋰/石墨烯復合正極材料就是一個(gè)很好的例子。
另一個(gè)頗具應用前景的發(fā)展方向則是用石墨烯作為動(dòng)力鋰電池的導電添加劑。初步研究結果表明，加入石墨烯導電添加劑后，鋰電池的大電流充放電性能、循環(huán)穩定性和安全性都因此得到了極大改善，其效果甚至超出了目前高性能動(dòng)力鋰電池用的碳納米管導電添加劑。
但是，石墨烯要想在上述方向獲得真正的應用，亟須攻克其低成本規�；苽涞碾y關(guān)�，F有的機械剝離、化學(xué)氣相沉積、外延生長(cháng)以及溶液相氧化還原等諸多制備方法雖然各具特色，但均難以實(shí)現高質(zhì)量低成本的石墨烯規�；苽�。
不過(guò)，這個(gè)難題已經(jīng)被中科院寧波材料所的動(dòng)力鋰電池技術(shù)研究團隊所攻克�！坝捎诖饲笆┑囊幠；苽浼夹g(shù)未突破，市場(chǎng)沒(méi)有批量石墨烯的供應，所以我們團隊從一開(kāi)始就布局了石墨烯的制備研究�！眲⒄灼礁吲d地說(shuō)：“目前我們已經(jīng)突破了石墨烯低成本規�；苽浼夹g(shù)的瓶頸，并剛剛建成一條年產(chǎn)30噸的石墨烯中試生產(chǎn)示范線(xiàn)�！�
團隊成員周旭峰博士進(jìn)一步介紹說(shuō)，團隊摒棄了傳統的氧化—剝離—還原制備路線(xiàn)，經(jīng)過(guò)近一年的集中攻關(guān)，創(chuàng )新地發(fā)展出高效的插層—膨脹—剝離方法，在石墨烯低成本規�；苽浼夹g(shù)上取得了突破性進(jìn)展，成功獲得了厚度2-5納米，尺寸在5-10微米，電導率超過(guò)500S/cm的石墨烯。相比于傳統的氧化—剝離—還原方法，該方法不僅避免了對石墨烯結構的破壞，維持了高導電性，而且制備工藝大大簡(jiǎn)化，成本低廉，易于放大生產(chǎn)。在目前的中試工藝條件下，石墨烯制備成本可控制在每公斤3000元內，預期提升制備規模后，可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，滿(mǎn)足其在鋰離子電池等領(lǐng)域的應用需求。
石墨烯低成本規�；苽浼夹g(shù)的突破為其在動(dòng)力鋰電池中的應用奠定了堅實(shí)的基礎，并有望使鋰電池驅動(dòng)的電動(dòng)車(chē)跑得更快、更遠、更安全。劉兆平說(shuō)：“我們已經(jīng)開(kāi)始技術(shù)轉移，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應用有望在鋰離子電池領(lǐng)域率先實(shí)現。當然，動(dòng)力鋰電池的性能還有很大提升空間，我們還將進(jìn)行更深入的研究�！�