石墨烯导电剂与石墨烯复合电极材料性能优良 未来前景广阔

参考《2016-2022年中国石墨烯产业发展态势及十三五发展趋势前瞻报告》

       1、石墨烯导电剂性能极佳，受益石墨烯量产迎来广阔市场

       （一）石墨烯导电剂可有效改善电极导电、放电及循环性能

       石墨烯导电剂按照溶剂类型，可分为水浆料、NMP浆料、粉末类导电剂。在水浆料和NMP浆料型导电剂中，石墨烯含量一般为5.0±0.1 wt%，分散剂含量为0-0.5wt%。粉末类石墨烯导电剂，需要添加水或NMP及分散剂，配制成水浆料及NMP浆料型导电剂后才可添加于锂电池正负电极中。

       石墨烯导电添加剂导电、放电性能远远优于传统导电剂。石墨烯相比传统导电剂，其接触方式主要为“面对点”，由于其极薄的颗粒尺寸及晶相内自由移动的电子使得石墨烯的粉体导电率达到1000 S/cm，为导电碳黑的100倍。在导电添加剂用量为1-6 wt%的范围内，石墨烯导电剂的电阻率均仅为同浓度的导电碳黑1/40-60，仅为同浓度碳纳米管1/10左右。关于放电性能上，在10C、电池容量为0 -133m Ah•g-1时，石墨烯的放电电压明显高于导电碳黑，由此可知，石墨烯的电学性能远优于传统导电剂。

       （二）石墨烯导电剂研发技术日趋成熟，将有利于推动石墨烯产业化

       石墨烯导电剂的制备可控性强，研发技术成熟，产业化难度较低。影响石墨烯导电剂性能的主要的因素是石墨烯在电极材料中分散的均匀性，要保证导电剂优异的电学性能，则需要研发出适当的配方及严格控制生产中的生产工艺。相比其他石墨烯锂电池电极材料，石墨烯导电剂在制备过程中不涉及复杂的合成过程，因此可控性较强，难度较低，成功率较高。当前石墨烯导电剂研发技术已经相对成熟。

       我国石墨烯的规模化生产将使率先使导电剂产业化。当前制备石墨烯的方法主要有微机械玻璃法、气相沉积法、外延生长法及氧化石墨还原法。决定量产的关键因素是产品的尺寸，其次是制造成本与产品质量。氧化石墨还原法及气相沉积法均可制得大尺寸的石墨烯，前者虽然易导致石墨烯分子结构破坏但具有成本优势，后者尽管成本较高但具有质量优势。石墨烯制备方法的成熟为产业化提供了前提条件，我国政府也在《中国制造2025》中明确提出要在2020年实现石墨烯原材料规模化生产。预计在政府的支持及生产技术的改进下，石墨烯原材料产业化进程将加速，而石墨烯导电剂在充足的石墨烯原材料供应的条件下，将会迅速在下游市场中得到大规模推广。

       （三）石墨烯导电剂未来成本降低，市场空间广阔未来

       CVD法石墨烯生产成本有望大幅降低。根据Graphenea统计，当前CVD法生产单层石墨烯的成本约为7欧元/平方厘米，未来几年内随着石墨烯生产工艺的成熟，生产成本将进一步降低。预计2020年，CVD法生产单层石墨的成本将降至0.07欧元/平方厘米。石墨烯生产价格的大幅降低，将使石墨烯导电剂突破成本瓶颈，从而以更加合理价格占领下游市场。

       根据石墨烯产业联盟的统计数据，2015 年石墨烯导电剂的价格为 230 美元/千克，与碳纳米管导电剂价格大致相同。但是，石墨烯导电剂价格下降的幅度将远超于碳纳米管导电剂价格的下降幅度，预计到 2020 年，石墨烯导电剂价格将降至 113美元/千克，碳纳米管价格依然维持在 200 美元/千克的水平，石墨烯导电剂的价格优势逐渐凸显。

       2、石墨烯复合电极材料性能优良，前景可期

       锂电池中石墨烯电极复合材料循环性能突出，导电性优异。石墨烯复合电极材料主要可分为正极复合材料及负极复合材料，相比纯电极材料，能够大幅改善电极循环性能，减少传荷电阻，使电极导电性明显改善。

       国内锂电池石墨烯复合电极材料研发较成熟，接近产业化。国内当前石墨烯复合电极相关专利约有124项，其中2014年公开专利51项，专利数为历年最多。其中涉及锂电池的石墨烯电极复合材料约为14项，以负极运用为主。专利申请人中企业仅占35%，可见锂电池石墨烯复合材料的研发主体依然为科研机构，然而亦有多家企业投入研究。由于石墨烯在锂电池复合电极材料中研发技术相对较成熟，考虑到合成工艺控制因素，预计产业化时间将比石墨烯导电剂晚1-2年。

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