缓解“充电焦虑”，材启新材料超级快充石墨烯导电剂有望加速超级快充时代到来

近年来,国内新能源汽车的生产量和销量双双迎来增长,我国已成为全球最大的新能源汽车市场。随着新能源汽车的保有量不断增加,“充电慢”的问题开始日益凸显,一定程度上制约着其进一步发展,如何从技术上解决这一难题,新能源企业都进行了不同程度的探索。

近日,深圳材启新材料有限公司(下称“材启”)研发了一款新产品——超级快充石墨烯导电剂,从技术上解决了上述所说“充电焦虑”的行业难题,有望改变改变当前“充电焦虑”的现状。

材启创始人黎剑辉,博士毕业于西安交通大学,在香港理工大学做的博士后研究员,目前负责公司的整体运营及产品研发,长期从事石墨烯材料的研究,并带领材启研发团队突破了大规模工业化生产高质量石墨烯的技术,对“新材料之王”石墨烯的应用有着相当深刻的理解和洞察。

“超级快充石墨烯导电剂”这一新材料目前已完成量产中试实验,即刻就要进入真正的量产交付阶段。同时,材启获得了资本市场的热捧,目前已经完成第一轮近千万元的融资。在新能源行业和新材料行业,材启还受到行业的高度认可与好评。更值得庆幸的是,材启的这一高新技术新成果,渐渐为政府所瞩目。

目前,提高锂离子电池倍率性能的方法主要包括材料选择、配方优化、电池结构的选择、提高电解质的离子电导率、降低锂离子电池的内阻等。其中,在正极活性材料内部添加高电导率的导电剂,可降低活性材料与正极基体/集电器之间的接触电阻,并提高正极材料的电导率,提高倍率性能。

与锂离子电池的传统导电剂相比,石墨烯导电剂具有更加优异的导电性(石墨烯的理论电导率为106 S/m)和超快速的二维平面传递特性,以及非常小的堆积密度。材启研发的超级快充石墨烯导电剂有望改变充电慢的行业现状,加速超级快充时代的到来。

1. 超级快充石墨烯导电剂粉体

材启超级快充石墨烯导电剂在商用LiFePO4正极的性能测试中,展示了优异的快充性能。以商用LiFePO4作为活性材料,材启研发的石墨烯作为超级快充导电剂,PVDF作为粘结剂制备电极。在10 C、15 C、20 C和25 C超高倍率下稳定循环80圈,分别展示了162.2、144.9、130.4和 129.1 mAh g-1的极其稳定的超级快充可逆比容量 (图1)。

图1. 商用LiFePO4正极使用材启超级快充石墨烯导电剂在10 C、15 C、20 C和25 C高倍率下的循环性能图

具体的,电极分别以10 C、15 C和20 C超高倍率充电,在300 s、240 s和180 s时充电比容量分别可达152.2 mAh g-1、144.1 mAh g-1和145.1 mAh g-1,此时充电比容量分别已达理论比容量的89.5%、84.7%和85.3%,然后再以0.1 C低倍率恒压充电,分别继续充电15 min、11 min和13 min后充电比容量高达169 mAh g-1、165.6 mAh g-1和168.2 mAh g-1,此时充电比容量分别达到了理论比容量的99.4%、97.4%和98.9%(图2),并且在3 C高倍率恒流充放电下循环310圈后比容量几乎无衰减,容量保持率高达87.7%(图3),展示了超级的快充性能和优异的循环性能。

图2. 商用LiFePO4正极使用材启超级快充石墨烯导电剂在10 C、15 C和20 C高倍率下的充放电速度图

图3. 商用LiFePO4正极使用材启超级快充石墨烯导电剂在10 C、15 C、20 C和25 C高倍率下的循环性能图

材启创始人黎博士表示,导电剂的作用是提高电子电导率,降低内阻和极化,从而有效提高锂离子在电极材料间的迁移速率,提升电化学性能。材启超级快充石墨烯导电剂作为新型导电剂,以石墨烯独特的二维层状结构与活性物质呈面与点接触(图4),极大的增加了与活性物质的接触面积,实现在电极上“长程”导电,保证电子的快速传输,实现锂离子电池极高倍率充电,同时最大化地发挥导电剂的作用,减少导电剂的用量,可更多地使用活性物质,提升锂离子电池容量。

图4. 商用LiFPO4/超级快充石墨烯导电剂/PVDF电极以15 C高倍率循环370圈后的非原位FESEM图像

2. 超级快充石墨烯导电浆料

材启新材料将石墨烯配制成超级快充石墨烯导电浆料,以商用LiCoO2作为活性材料,超级快充石墨烯导电浆料作为导电剂,PVDF作为粘结剂制备电极,在5C、10C和15C下测试高倍率性能。在5C倍率下恒流充电11min比容量达164.2mAhg-1,然后再进行恒压充电27min比容量可达185.4mAhg-1。10 C倍率下恒流充电6min比容量达158mAhg-1,然后再进行恒压充电41min比容量可达187.4mAhg-1。15C倍率下恒流充电4min比容量达140mAhg-1,然后再进行恒压充电24min比容量可达183mAhg-1,(图5)。测试结果表明制备的电极展示了超级的快充性能,高倍率恒流充电部分的比容量已基本达到LiCoO2的实际比容量(约140 mAhg-1)。

图5. 商用LiCoO2正极使用材启超级快充石墨烯导电浆料在5 C、10 C和15 C高倍率下的充放速度图

因此,从锂离子电池的上游材料导电剂来看,材启超级快充石墨烯导电剂性能更好,且更具备成本优势。

材启看准了超级快充导电剂的市场,材启超级快充石墨烯导电剂在超级快充上会促使新能源电池领域在材料级别的进一步突破,从而真正实现高倍率超级快充,缓解当下的 “充电焦虑”,提高充电效率,加速超级快充时代的到来。

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