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石墨烯材料及其锂离子电池中的应用
目录
一、锂离子电池的发展概况二、石墨烯的简介
三、石墨烯在锂离子正极的应用
四、石墨烯在锂离子负极的应用五、展望
一、锂离子电池的发展概况
1.1锂离子电池的发明
在上世纪，干电池及可充电电池在生产、生活、战争、科研活动中都发挥了重要作用。但是废旧电池中含有重金属镉、铅、汞、镍、锌、锰及废酸、废碱等，严重污染自然环境，其中镉、铅、汞是对人体危害较大的物质。著名的日本水俣病和骨痛病就分别为汞中毒和镉离子中毒。
1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。今天，锂离子电池成为了便携电子器件的主要电源。锂电池对环境的影响很小，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
1.2锂离子电池的工作原理
·锂离子电池组成：正极、负极、隔膜、线路和外壳
·正负极材料：可供锂离子嵌入和脱出，电极电位正极负极
·隔膜：通Li+,阻电子
充电：Li+:正极→负极，e:负极→正极
放电：Li+:负极→正极，e:正极→负极
隔膜
负极
正极
000
0
银离子
00
00
000
0000
0
00
000
0
充电中
00
图1锂离子电池工作原理示意图
负极
00
00
000
0.000
000
→0
0-
00
0
1.3锂离子电池的行业现状
具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应等突出优点成为目前综合性能最好的电池体系并取得了飞速发展。
目前其应用已经渗透到包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、等众多民用及军用领域，另外，国内外也在竞相开发电动汽车、航天和储
能等方面所需的大容量锂离子二次电池。
2010年，全球锂离子电池为53490吨，其中我国锂离子电池产量超过20亿只，同比上年增长20%以上。主要市场为手机(增长15%)、航模、蓝牙设备、电动工具和电动自行车(增长20%)、各类数码产品等。2011年中国锂电池市场规模增速高于全球增速，2011年中国锂电池行业市场规模达到了397亿元人民币，同比增长43%,全年锂电池产量达到29.7亿颗，同比增长28.6%,呈现出快速增长的势头，与锂电池产能向国内转移的行业背景相符。
但是，中国锂电池企业在全球高端市场份额却在减少，竞争力正在减弱，
这些问题值得中国电池企业高度重视。2010年在与国际大厂配套方面，
2010年日本占42%,韩国占38%,中国占18%。(见表20)
图32010年中日韩在与国际大厂配套所占份额
■Korea
图5手机领域的锂离子电池需求量
E
1
0
3
4
1
0
2
E
3
1
0
2
3
2
1
0
2
E
1
1
0
2
E
0
1
0
2
9
0
0
2
8
0
0
2
7
0
0
2
6
0
0
2
■手机领域的锂电池需求量(GWh)
5.405.746.03
5.04
4.50
3.753.96
图4笔记本领域的锂离子电池需求量
E
5
1
0
2
E
4
1
0
2
E
3
1
0
2
E
2
1
0
2
E
1
1
0
2
E
0
1
0
2
0
0
感
0
7
0
0
2
6
0
0
2
图6电动自行车领域的锂离子电池需求量图7电动汽车领域的锂离子电池需求量
5.084.A6
3,75
2.97
2.21
8.11
7-516.89
6.26
5.64
■笔记本领城的俚电池需求量(GWh)
4.00
3.00
2.00
2011E
11102
2010E
0.68
0.34
0.18
6.65
6.33
6.98
5.99
2000
2008
锂离子电池电动汽车的发展也将稳步向前，进而带动锂离子电池材
料的稳步发展。
根据经济学家预测：
◆新能源汽车领域锂离子电池需求量将由2009年的0.25GWh爆发式增长至2015年的35.73GWh。
◆新能源汽车领域锂离子电池占整个锂离子电池领域也由2009年的1.88%快速跃升至2015年的58.74%。
◆从2015年开始，电动汽车市场将快速增长，到2020年电动汽车将占整个轿车产量的15-20%,电动车用电池市场将达到400亿