在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）主办的2025SMM全球电池技术大会-主论坛上，广东一纳科技有限公司 总经理、总工程师； 中山大学博士、博士后； 高级工程师 王建兴围绕“高质量石墨烯材料在电池应用技术的研究及产业化进展”的话题展开分享。

技术介绍

电池行业背景

数据显示，近年来我国新能源汽车保有量及锂电池导电剂出货量均逐年攀升。且据2023 年我国锂电池负极材料出货量结构占来看，硅基负极材料占比来看，人造石墨和硅基负极材料占比高达85%左右。

由此可见，正负极材料的性能提升是高能量密度动力电池发展的重要方向，新型导电材料发展前景巨大。

提升能量密度与循环寿命是新能源电池发展的方向，电池技术的发展也将推动前沿科技的进步；

新一代碳材料的应用开发是提升现有正负极材料性能、促进新型材料发展的重要方向。

电芯发展的痛点：

内阻对电芯性能发挥及安全性有着巨大影响；能量密度、首效及循环性能难以提升。

锂离子电池主要组成部分：

正极材料、负极材料、隔膜、导电剂、电解质、集流体。

其中导电剂方面，导电剂在电芯中扮演着至关重要的角色，作用主要包括提高电子导电性、降低接触电阻、促进锂离子迁移和提高电池充放电效率。

新一代碳材料在电池中的应用

新一代碳材料是构建新型电芯材料体系的重要部分

新一代碳材料在电池中的应用-石墨烯

石墨烯导电剂的电池循环三圈后阻抗略微减小，炭黑对应的电池阻抗反而增大；

石墨烯导电剂的极片压实密度更大；石墨烯导电剂对应的电池电荷转移阻抗更小，且受极片厚度影响较小。

石墨烯材料：

有效提高材料的电子导电性，降低接触电阻、促进锂离子迁移和提高电池充放电效率；

可应用于厚电极等前沿技术中，进一步提升电芯能量密度。

新一代碳材料在电池中的应用-石墨烯复合材料

正极导电剂：

石墨烯、CNT、SP均匀分散在正极主材中，相互之间形成良好的桥接，形成三维的导电网络。

负极导电剂：

石墨烯在负极主材之间起到了很的搭桥效果，能降低电池极化；而SP作为导电剂添加到负极中大多在石墨表面，主要起到保液作用。

新一代碳材料在电池中的应用-单壁碳纳米管

高分散性浆料极少添加量便可构建稳定的导电网络

与市售产品相比，一纳自研YN-STL01在硅碳负极中具有更优异的性能表现

新一代碳材料在电池中的应用：

降低电池阻抗、温升及膜片电阻率；

提升电芯的循环性能循环寿命；

提升负极首效及首放克容；

提高负极高温存储性能。

应用介绍

LFP体系扣式电池正极

石墨烯可有效提升LFP正极材料的容量、循环及倍率性能

LFP体系圆柱电池正极方面：

石墨烯降低温升，对电芯的循环性能提升效果明显。

石墨烯更有利于Li+迁移，从而有效抑制锂枝晶的形成，石墨烯还能有效提升容量、降低内阻。

LFP体系方型电池负极

负极引入石墨烯导电剂，首效均值及首放克容均值均有提升

钠电负极

负极+石墨烯体系克容量及首效提升明显，可有效降低内阻；负极+石墨烯体系高温条件下循环性能表现较好，且其低温高倍率循环
性能优势明显。

负极+石墨烯体系高温存储性能大幅度提升；石墨烯导电剂应用到负极里面后，极片电阻下降约25%，可降低厚度3-5微米；0.5C1C循环优于纯碳黑方案。

铅酸电池

现有技术痛点：

• 高倍率部分充电状态（HRPSoC）模式下负极充电过程中发生“溶解-沉淀“。

• Pb2+扩散到金属表面，在负极表面上形成大的PbSO4晶体，相关的失效模式被称为硫酸盐化，极大地阻碍了电解质扩散和电流分布，并阻碍导电路径。

• 硫酸盐化导致铅负极的低充电接受性、充电过程中的高电压极化、电解质中的水分损失以及可逆容量的急剧下降。

Pb-石墨烯复合材料显示出更多的DL电容和沉积活性位点，防止硫酸铅的积累

硅碳负极：

石墨烯在 1.0T 和 1.5T 压力下压实后的块体在 90 ℃ 条件下反弹率稳定

经实验比对得知，石墨烯在 13 圈循环后的下降趋势平缓，平行测试相对稳定，石墨烯在循环过程中更加稳定，但相对swCNT的倍率性能较差。

经过循环对比可知，swCNT对硅石墨负极的循环寿命提升至关重要，swCNT结合石墨烯，既可以提升电芯循环性能，又可以提升电芯容量。

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