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> 四年不懈 成色十足——记市级重大专项石墨烯项目顺利通过验收2019/12/2

金秋十月,由公司承担的宁波市重大攻关项目《石墨烯在锂-二硫化铁电池中的应用研究》,在宁波市创新港会议中心顺利通过了由市科技评估中心组织的项目验收。这也意味着经历四年多“艰苦攻关”的这一重大专项,顺利通过专家验收、完美闭关落幕。

《石墨烯在锂-二硫化铁电池中的应用研究》项目,是我公司基于“石墨烯”这个二十一世纪的重大新材料发现,紧跟新材料发展步伐,开展的石墨烯在电池中应用的前沿技术研究项目。这是宁波市石墨烯重大专项中的一个子项目,旨在通过石墨烯在锂铁电池中的应用,提升锂铁电池的性能,为锂铁电池提高性价比、尽快打开国内外市场提供技术支撑。

锂铁电池,也就是锂-二硫化铁电池,是一种目前唯一正式产业化生产的,电压为1.5V的锂原电池。其正极的活性物质为二硫化铁,负极的活性物质为金属锂电解液采用与其它一次锂电池相似的液态电解液,作为离子在正负极之间传输的介质。锂铁电池不但可以直接与电压为1.5V的碱性电池、碳性电池等已经广泛普及的传统干电池通用,而且由于具有比能量高、大功率尤其是大功率脉冲性能好,以及重量轻、对电器等安全性能好等一系列特点,被电池界公认为是将来替代碱性电池 的“未来电池”。

但由于锂铁电池采用能量密度极高的金属锂作为负极活性材料,与锂离子电池一样采用有机电解质作为电池的电解质材料,电池的生产成本较高。高昂的生产成本使得目前的锂铁电池很难进入寻常百姓家,我公司自2011年成功开发出锂铁电池以来,锂铁电池的市场推广一直比较困难,尤其是国内市场一直比较难打开。

石墨烯最早由英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现。这是一种非常神奇的材料,一种只有一个原子层厚度的材料,却具有极好的导电性、导热性,以及极高的强度与载流子迁移率、巨大的表面积等等神奇的特性,这种材料一经发布便在世界范围内掀起研究热潮。

宁波是国内较早投入石墨烯研究,并领先在石墨烯产业化取得成就的城市。为此,宁波市专门建立了促进石墨烯产业化应用研究的重大专项,专用于促进我市在石墨烯应用方面的研究。我公司《石墨烯在锂-二硫化铁电池中的应用研究》项目于2015年列入该重大专项,开展了石墨烯在锂铁电池中的应用研究,项目历经近四年半的研究,迄今终于完善落幕。

项目始于2015年,通过对近二十种石墨烯及其相关材料的大量实际研究,解决了石墨烯及其相关材料的团聚问题、正极浆料增稠问题、生产工艺适应性问题等等一系列技术难题。不但成功地将石墨烯应用于锂铁电池,使锂铁电池的各项电性能提升了20%以上,而且在项目实施过程中共申请了包括七项发明专利在内的十二项专利。此外,公司还在《电池工业》发表了两篇学术论文,更是在项目的实施过程中,研发出高效、高精度的电池浆料电导率测试方法,以及新型的负极保护技术,找到了一种解决锂铁电池开压升高的办法,解决了长期以来一直困扰着锂铁电池开压超压的问题。对于这个难题,由于之前一直没有找到可以解决的办法,在2018年最新修订的IEC标准中,不得不把其开压标准从1.83V提高到1.89V。

而电池浆料电导率测试方法的意义在于,之前我们要了解一种配方的电导率性能,只能通过试做电池的方法。而做一次电池,从安排材料到正极涂布,再到卷绕封口直至做成电池、对电池进行测试,差不多需要一个月甚至还要更多的时间。再加上根据生产需求安排试验计划,我们测试几个电池配方就可能需要半年的时间。而对于石墨烯这种全新的材料,做十几、二十个配方试验,根本不算多。

因此,这样的试验方法极大制约了项目的开展。而我们项目组研发的这种浆料电导率测试方法则不同,它通过将电池浆料涂布在一个基体上制成标准的导电涂层,通过对这种导电涂层的电导率测试,就可以测试出这种浆料的导电性。这种方法一天之内就可以完成几种配方的测试,从而大幅度提高了试验效率。项目组因此在二个多月的时间内完成了七十二个配方的电导率测试:不但完成了石墨烯研究相关配方的测试,还为锂锰电池等锂原电池的基础研究提供了新的方法。

项目通过四年多的努力,不但圆满完成了项目任务,更是在项目开展过程中不断开拓思路,取得了一系列附加的科研成果!这也为今后公司承担类似的重大科研攻关项目积累了宝贵的经验。