目前，發(fā)展和改進(jìn)鋰離子電池的主要方向是提高電池容量與充放電性能，提高電池的安全性并降低電極材料成本。鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)等組成，而決定鋰離子電池整體電化學(xué)性能的關(guān)鍵是電極材料。
石墨烯粉體在鋰離子電池中的應(yīng)用比較多元化，主要應(yīng)用方向有三種，分別是作為正負(fù)極材料導(dǎo)電添加劑，用在銅箔或鋁功能涂層以及作為電極材料。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的是用在正極材料中作為導(dǎo)電添加劑，來(lái)改善電極材料的導(dǎo)電性能，提高倍率性能和循環(huán)壽命。
目前，石墨烯在鋰電池領(lǐng)域中主要用做導(dǎo)電劑石墨烯相當(dāng)于催化劑。按重量百分比計(jì)算，正極材料石墨烯1%——2%(主要在1%左右)，若正極材料用磷酸鐵鋰，則石墨烯占比2%左右，使用石墨烯后，性?xún)r(jià)比提高明顯，導(dǎo)電性更好、充放電更快。
在鋰電池電極材料應(yīng)用方面，石墨烯負(fù)極材料主要以石墨烯復(fù)合材料為主。石墨是現(xiàn)在鋰電池普遍采用的負(fù)極材料。石墨具有結(jié)晶的層狀結(jié)構(gòu)，易于鋰離子在其中的嵌入/脫嵌，形成層間化合物L(fēng)iC6，是一種性能穩(wěn)定的負(fù)極材料，但其理論容量不足，限制了電池的容量。
石墨烯以獨(dú)特的二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)具備高比表面積與載流子遷移率，在儲(chǔ)鋰方面有很大的優(yōu)勢(shì)，即鋰離子在脫嵌過(guò)程中可逆性強(qiáng)，降低循環(huán)比容量的損耗，大大提高了電池的庫(kù)倫效率和循環(huán)比容量。石墨烯可以進(jìn)一步制備成硅碳復(fù)合負(fù)極材料，將充放電性能再次提升一個(gè)臺(tái)階。但由于應(yīng)用技術(shù)的限制，目前石墨烯用作鋰電池負(fù)極材料缺乏穩(wěn)定性，石墨烯在鋰電池負(fù)極材料的滲透率還很低。
隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)量的迅猛增長(zhǎng)、儲(chǔ)能鋰電池市場(chǎng)逐漸啟動(dòng)、消費(fèi)級(jí)鋰電池的穩(wěn)步增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)于鋰電池的需求也將呈飛速提升態(tài)勢(shì)，刺激鋰電池產(chǎn)能擴(kuò)張，預(yù)計(jì)到2020年，鋰電池年產(chǎn)量可達(dá)到170GWH。
隨著市場(chǎng)對(duì)鋰電池性能要求不斷提高、石墨烯在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)逐漸升級(jí)，石墨烯在鋰電池中占比也將逐步提高。以5%含量的石墨烯來(lái)估算，2020年鋰電池領(lǐng)域?qū)?yīng)的石墨烯需求量在20000噸以上。
中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究中心認(rèn)為，2016-2017年是石墨烯在鋰電池領(lǐng)域應(yīng)用的探索期，整體市場(chǎng)滲透率比較低，此階段行業(yè)的增長(zhǎng)動(dòng)力主要得益于新能源汽車(chē)快速增長(zhǎng)帶來(lái)的鋰電池產(chǎn)能迅速擴(kuò)張。
2017年后，新能源汽車(chē)的政策環(huán)境或會(huì)發(fā)生改變，政府取消對(duì)新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼是大概率事件，所以鋰電池產(chǎn)能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，增速放緩。但此階段石墨烯用作鋰電池負(fù)極材料的技術(shù)條件成熟，石墨烯在鋰電池領(lǐng)域的滲透率將迅速提高，市場(chǎng)規(guī)模快速擴(kuò)張，市場(chǎng)增長(zhǎng)主要由技術(shù)推動(dòng)。
2015年石墨烯粉體價(jià)格相對(duì)2011了下降幅度超過(guò)90%，中投顧問(wèn)產(chǎn)業(yè)研究中心預(yù)測(cè)，未來(lái)五年石墨烯粉體價(jià)格仍將繼續(xù)下降，2020年石墨烯粉體價(jià)格將下降至5萬(wàn)元/噸，對(duì)應(yīng)的鋰電池領(lǐng)域石墨烯市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)11億元。
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