簡(jiǎn)述石墨烯負(fù)極材料在鋰電池中的作用和發(fā)展
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-16 22:22
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石墨烯負(fù)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(chǔ)能領(lǐng)域的關(guān)注，其復(fù)合材料用作鋰電池負(fù)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(gè)最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而鋰電池又是當(dāng)今能量密度最高的二次電池。但作為動(dòng)力電池的工程需求，它需要一個(gè)較大的能量密度提升過(guò)程，這就給了某些投機(jī)者的鉆營(yíng)空間，還起了個(gè)好聽(tīng)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(fù)極材料。
石墨烯負(fù)極材料
石墨烯由于其獨(dú)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(shì)極有潛力替代石墨成為新一代鋰電池負(fù)極材料。石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)制與其他碳材料相似，充電時(shí)鋰離子從正極脫出經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時(shí)鋰離子脫出返回正極。
因此較之石墨，以石墨烯為負(fù)極更有利于提高電池性能。從石墨烯電池的概念提出以來(lái)，很多學(xué)術(shù)研究成果表明石墨烯鋰電池可逆容量可達(dá)500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。
石墨烯負(fù)極材料在鋰電池中的作用
與傳統(tǒng)鋰電池負(fù)極材料相比較，石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料時(shí)，可有效提高相應(yīng)電池的比容量，增強(qiáng)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(shí)，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(guò)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(guò)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(tuán)，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(diǎn)，也為三維超結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和合成提供多種可能的途徑。
由于石墨烯片之間較強(qiáng)的π-π疊合作用，石墨烯可團(tuán)聚形成類(lèi)似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(lái)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)、通過(guò)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(tuán)聚，有利于鋰離子的嵌脫。
眾所周知，電池的能量密度和壽命是兩個(gè)最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，而鋰電池又是當(dāng)今能量密度最高的二次電池。但作為動(dòng)力電池的工程需求，它需要一個(gè)較大的能量密度提升過(guò)程，這就給了某些投機(jī)者的鉆營(yíng)空間，還起了個(gè)好聽(tīng)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(fù)極材料。
石墨烯負(fù)極材料
石墨烯由于其獨(dú)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(shì)極有潛力替代石墨成為新一代鋰電池負(fù)極材料。石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)制與其他碳材料相似，充電時(shí)鋰離子從正極脫出經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時(shí)鋰離子脫出返回正極。
因此較之石墨，以石墨烯為負(fù)極更有利于提高電池性能。從石墨烯電池的概念提出以來(lái)，很多學(xué)術(shù)研究成果表明石墨烯鋰電池可逆容量可達(dá)500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。
石墨烯負(fù)極材料在鋰電池中的作用
與傳統(tǒng)鋰電池負(fù)極材料相比較，石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料時(shí)，可有效提高相應(yīng)電池的比容量，增強(qiáng)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(shí)，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(guò)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(guò)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(tuán)，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(diǎn)，也為三維超結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和合成提供多種可能的途徑。
由于石墨烯片之間較強(qiáng)的π-π疊合作用，石墨烯可團(tuán)聚形成類(lèi)似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)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(lái)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)、通過(guò)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(tuán)聚，有利于鋰離子的嵌脫。
