石墨烯負極材料在鋰電池中的作用是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-29 08:58
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石墨烯負極材料在鋰電池中的作用
與傳統(tǒng)鋰電池負極材料相比較，石墨烯作為鋰電池負極材料時，可有效提高相應(yīng)電池的比容量，增強電極和電解液之間的導(dǎo)電接觸，改善其充/放電倍率性能。同時，石墨烯“柔韌”的單原子層二維結(jié)構(gòu)也可有效抑制電極材料在充放電過程中發(fā)生體積變化引起的材料膨脹、粉化等，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。
此外，通過化學(xué)氧化插層—剝離—再還原法合成的化學(xué)還原石墨烯表面含有特定的含氧化學(xué)基團，如羧基、羥基和環(huán)氧基等，可為其結(jié)構(gòu)和表面功能改性以及與其他材料的復(fù)合提供豐富的反應(yīng)和鍵合位點，也為三維超結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計和合成提供多種可能的途徑。
由于石墨烯片之間較強的π-π疊合作用，石墨烯可團聚形成類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，進而影響鋰離子的嵌脫。這也證明純石墨烯并非是一種理想的鋰電池電極材料。
因此，近兩年來石墨烯基納米復(fù)合材料，如石墨烯/碳納米管、石墨烯/碳60(C60)、石墨烯/無機納米粒子等復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用于鋰離子電池負極材料研究。通過納米粒子與石墨烯之間的有效復(fù)合，可有效阻止石墨烯片之間的疊合/團聚，有利于鋰離子的嵌脫。
石墨烯負極材料在鋰電池中的作用和發(fā)展。石墨烯因其高導(dǎo)電、導(dǎo)熱效應(yīng)等而備受儲能領(lǐng)域的關(guān)注，其復(fù)合材料用作鋰電池負極材料是顯著提升了鋰電池的電化學(xué)性能。
眾所周知，電池的能量密度和壽命是兩個最重要的評價指標，而鋰電池又是當今能量密度最高的二次電池。但作為動力電池的工程需求，它需要一個較大的能量密度提升過程，這就給了某些投機者的鉆營空間，還起了個好聽的名字——石墨烯鋰電池。目前成熟鋰電池制造主要是采用石墨作為負極材料。
石墨烯由于其獨特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電子傳輸能力以及超大的比表面積等優(yōu)勢極有潛力替代石墨成為新一代鋰電池負極材料。石墨烯的儲鋰機制與其他碳材料相似，充電時鋰離子從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時鋰離子脫出返回正極。
因此較之石墨，以石墨烯為負極更有利于提高電池性能。從石墨烯電池的概念提出以來，很多學(xué)術(shù)研究成果表明石墨烯鋰電池可逆容量可達500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。
