東麗于2016年11月25日宣布，將采用自主技術(shù)制造的多層石墨烯用于正極的導(dǎo)電助劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋰離子充電電池的輸出密度提高了大約1倍，能量密度提高了20%。該公司正考慮2019年量產(chǎn)這種多層石墨烯，“目標(biāo)是2020年左右銷售額達(dá)到幾十億日元，幾年后達(dá)到幾百億日元”（東麗）。據(jù)該公司介紹，還打算在純電動(dòng)汽車市場(chǎng)迅速擴(kuò)大的中國(guó)進(jìn)行推廣。技術(shù)詳情將在2016年11月29日～12月1日于千葉縣舉行的學(xué)會(huì)“第57屆電池討論會(huì)”上公布。
一般而言，鋰離子充電電池中，電極采用的活性物質(zhì)導(dǎo)電性并不高。這種情況下，大多通過(guò)添加導(dǎo)電助劑來(lái)確保向電池外側(cè)導(dǎo)出電流的集電體與活性物質(zhì)之間的導(dǎo)電性。原來(lái)，導(dǎo)電助劑經(jīng)常使用便宜的碳材料——由乙炔等碳化而成的碳黑。
此次，東麗作為導(dǎo)電助劑的一部分或全部采用了10層左右的多層石墨烯，驗(yàn)證了電池的特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電池的容量密度和輸出密度都得到提高。尤其是，即使輸出密度很高，放電容量也不容易降低。
具體而言，導(dǎo)電助劑采用碳黑的電池快速放電12分鐘時(shí)的放電容量會(huì)降至緩慢放電1小時(shí)時(shí)的1/2以下。而導(dǎo)電助劑采用東麗的多層石墨烯時(shí)，即使放電12分鐘，放電容量也只降低1成多。
這種效果還會(huì)隨著碳黑與多層石墨烯的比例而改變。據(jù)東麗介紹，當(dāng)碳黑與多層石墨烯的比例為1:1時(shí)，輸出功率提高了約1倍，導(dǎo)電助劑全部采用多層石墨烯時(shí)，能量密度提高了約20%。
吸附多巴胺，抑制凝集
過(guò)去也有很多人嘗試將石墨烯用于正極的導(dǎo)電助劑。這時(shí)，一般是首先氧化石墨，通過(guò)加載超聲波等剝離石墨烯后，再還原使用。但是，很多情況下，電池的功能并未得到提高。原因是這樣制備的石墨烯非常容易凝集，不能起到導(dǎo)電助劑的作用。
東麗此次氧化石墨并剝離多層石墨烯后，使其吸附腦內(nèi)神經(jīng)傳遞物質(zhì)——多巴胺（化學(xué)式是C8H11NO2），然后還原，從而防止其在溶劑中凝集，使其穩(wěn)定地分散開(kāi)。
得到的多層石墨烯是厚度為3n～5nm的約10層左右的石墨烯，只有原來(lái)還原石墨烯的1/4～1/3薄。東麗表示，由于凝集少且各石墨烯都很薄，所以表現(xiàn)出了很強(qiáng)的導(dǎo)電助劑性能。
之所以選擇使用多巴胺來(lái)抑制凝集，“是因?yàn)槎喟桶放c石墨烯的吸附性強(qiáng)，并且凝集抑制效果出色”（東麗）。據(jù)東麗介紹，還發(fā)現(xiàn)了具有相同構(gòu)造的幾種其他材料。
還具有延長(zhǎng)充放電循環(huán)壽命的效果
東麗表示采用該技術(shù)，還有望獲得延長(zhǎng)電池充放電循環(huán)壽命的效果。已有幾項(xiàng)研究通過(guò)采用石墨烯作為Si類負(fù)極的導(dǎo)電助劑，來(lái)吸收Si材料膨脹收縮的影響。此次的結(jié)果表明正極也有這種效果。
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