5月30日，在SMM主办的CLNB 2024（第九届）中国国际新能源产业博览会-电动车绿色出行及电池应用高峰论坛上，超威电源集团有限公司研究院副院长黄伟国主要介绍了石墨烯电池技术的研发背景、集团石墨烯电池技术研发的进展以及石墨烯技术在铅酸电池领域应用前景与展望。
石墨烯电池技术的研发背景
循环充放电时海绵铅比表面收缩产生大量的空隙使得不可逆硫酸盐化加剧 降低循环可逆性
• 负极海绵状铅作为活性物质，在反复充放电过程中，在比表面能的作用下，比表面会不断收缩，这是一个不可逆的过程。
• 比表面收缩后极板的孔径会变大，更有利于形成更加粗大的硫酸铅晶体，导致不可逆过程加剧。
解决负极硫酸盐化的途径：
➢ 采用表面活性剂（木质素、腐殖酸）抑制活性物质的表面积收缩！
➢ 采用硫酸钡晶核细化硫酸铅颗粒！
➢ 添加炭黑、石墨等增加导电性！“称为抗膨胀剂！”
传统缓解不可逆硫酸盐化的主要途径：碳材料——具有双电层电容特性的活性炭——铅-碳电池、超级电池
作用：
（1）活性炭有高的比表面积，有比较高的双电层电容，可以与正极二氧化铅形成非对称超级电容器，高倍率性能好；
（2）Pavlov研究表明，在充过程中，铅枝晶会在活性炭表面生长，并与海绵铅形成一个整理骨架结构，这有利于双电层电容的充放电进行。
碳材料在负极中复杂的作用机理
• 由于碳材料的结构复杂多变，因此碳材料在负极中的作用机理也非常复杂。
• D. Pavlov认为，充电过程中具有电化学活性的碳材料在负极中对PbSO4的还原具有电催化作用，充电电压低了约200~300mV。进一步研究发现，Pb2+还原结晶过程同时发生在碳材料表面和铅表面，使得碳材料与海绵铅连接成一个整体，碳材料表面的电流可以降低极板的电流密度，降低极化，促进硫酸铅的还原，这一现象称之为充电时的“平行机理”。
• 把碳材料在负极中的作用机理归纳为物理过程和化学过程：
物理过程——导电性、双电层电容特性、表面积效应（利用）在充放电过程中维持比表面积、空间位阻作用阻碍硫酸铅晶体的长大。
化学过程——碳材料能催化Pb2+转化为Pb的过程（电催化作用）。
超威集团对石墨烯电池技术研发的进展情况
碳材料在海绵状铅负极的作用机理研究1-活性炭类
作用：
我们的研究发现，不同的活性炭结构，铅枝晶的生长形貌不一样，构成活性炭的类石墨微晶的结晶度以及表面缺陷的规整性，结晶度高，导电性好，规整性好，更有利于形成比表面更高的片层状枝晶，有利于电极的循环可逆性。
碳材料在海绵状铅负极的作用机理研究2-石墨类
作用：
（1）J. Settelein对膨胀石墨与球状石墨表面铅枝晶的结晶情况进行了研究，发现膨胀石墨更有利于铅枝晶的生长；
（2）Karel Micka认为石墨在负极有位阻效应，可以抑制硫酸铅晶体的长大；
（3）我们对球状石墨和天然鳞片石墨的铅枝晶生长进行了研究，发现天然鳞片石墨更有利于形成发散性好的片状枝晶，而球状石墨表面的枝晶围绕球状石墨表面形成包覆结构，不利于海绵铅的表面积的提升。
多层石墨烯在铅-炭负极中的作用机理
多层石墨烯材料的制备技术持续改进
改进技术路线：
1、高质量的剥离工艺技术路线，保持石墨烯晶体的完整性；
2、高效率的剥离设备与工艺选型，产品一致性提高
3、分散技术的改进，主要是分散剂的选型；
产品技术特点：
1、石墨烯片层更薄，片径更均匀，电池一致性更好控制，分散性更好；
2、石墨烯片更规整，缺陷更少，析气失水量更低；
3、石墨烯产量更高，批次性更稳定。
石墨烯技术在铅酸电池领域应用前景与展望
1、石墨烯的规模化生产技术制备技术的进步，石墨烯的成本会越来越低，有利于在更多领域的铅酸电池中的应用与推广；
2、石墨烯在铅酸电池中的导入，在高比能量和超长循环寿命应用领域会有更好的表现和发展前景；
3、石墨烯电池技术在对安全要求高，而对比能量相对要求较低的领域，会有更加广阔的应用前景，也弥补了锂离子电池的互补市场；
4、不同的碳材料作用有侧重点，多种碳复合有望进一步提升石墨烯电池的性能。
