石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-23 08:38
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石墨烯是近年來研究較多的一種新型材料，具有良好的導(dǎo)電性能和倍率性能，在鋰離子電池正極材料和負(fù)極材料領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。石墨烯鋰電池負(fù)極材料的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、等諸多優(yōu)良特性，一定程度上對(duì)解決該問題有著非常重要的理論和工程價(jià)值。
石墨烯在用作鋰離子電池正負(fù)極材料方面具有以下優(yōu)勢(shì)：
1）石墨烯具有超大的比表面積（2630m2/g），可降低鋰電池極化，從而減少因極化造成的能量損失。
2）石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩(wěn)定性。
3）石墨烯片層的尺度在微納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于體相石墨的，這使得Li+在石墨烯片層之間的擴(kuò)散路徑縮短；片層間距的增大也有利于Li+的擴(kuò)散傳輸，有利于鋰離子電池功率性能的提高。
石墨烯在鋰電池負(fù)極材料中可能的應(yīng)用領(lǐng)域
1、石墨烯單獨(dú)用于負(fù)極材料;
2、與其它新型負(fù)極材料，比如硅基和錫基材料以及過渡金屬化合物形成復(fù)合材料;
3、負(fù)極導(dǎo)電添加劑。
石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用
對(duì)于鋰電的負(fù)極材料而言，過渡金屬氧化物或具有前景的Si基材料進(jìn)行石墨烯摻雜后在比容量、電壓特性、內(nèi)阻、充放電性能、循環(huán)性能、倍率性能等電化學(xué)性能方面已經(jīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的特性。
石墨烯基中雜原子摻雜引入了更多的表面缺陷，提高石墨烯材料的電導(dǎo)率，得復(fù)合材料擁有更優(yōu)良的性能。鋰電正極材料類似，引入石墨烯材料到鋰離子電池正極材料系統(tǒng)可以提高正極材料的電導(dǎo)率，保護(hù)正極材料避免粉化、崩塌，抑制正極材料的溶解。
石墨烯電池是一種僅由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型晶格的平面薄膜，亦即只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。相比其他炭材料如碳納米管，石墨烯具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)，這使得石墨烯具有較大的比表面積和蜂窩狀空穴結(jié)構(gòu)，具有較高的儲(chǔ)鋰能力。此外，材料本身具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高電子遷移率以及優(yōu)異的力學(xué)性能，使其作為電極材料具有突出優(yōu)勢(shì)。
石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在鋰電池復(fù)合電極材料中發(fā)揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復(fù)合，能利用石墨烯的特殊片層結(jié)構(gòu)，改善材料的力學(xué)性能和電子傳輸能力。同時(shí)，摻雜后的石墨烯片層間距增大，提供更多的儲(chǔ)鋰空間。
此外，石墨烯還可以用于改性其他非碳基負(fù)極材料。目前研究的鋰離子電池非碳基負(fù)極材料主要有錫基、硅基以及過渡金屬類為主的電極材料，這類材料具有高理論容量，但其缺點(diǎn)是在嵌鋰/脫鋰過程中體積膨脹收縮變化明顯。石墨烯摻雜改性后的復(fù)合材料能改善這兩種材料單獨(dú)使用時(shí)的缺點(diǎn)。
