石墨烯材料在鋰離子和鋰硫電池中的應(yīng)用
來源：寶鄂實業(yè)
2019-12-01 21:59
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石墨烯材料在鋰離子和鋰硫電池中的應(yīng)用。石墨烯作為一種新型納米材料，由于其獨特的二維單層碳結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、韌性和強度，在功能材料、能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯的加入改善了不同電極材料的導(dǎo)電性，改善了鋰離子電池的電化學(xué)性能，尤其是高電流放電性能和倍增器性能。
石墨烯鋰離子電池。JPG
石墨烯材料在鋰離子電池中的應(yīng)用
鋰離子電池具有能量密度高、可逆容量大、開路電壓大、使用壽命長等特點。在鋰離子電池電極材料的研究過程中，一些碳元素的同素異形體和混合物可以作為具有優(yōu)良導(dǎo)電性的穩(wěn)定材料，這是鋰離子電池開發(fā)新正極材料的研究中經(jīng)常使用的材料。
石墨烯因其良好的物理化學(xué)性質(zhì)，如高導(dǎo)電性、大比表面積、高化學(xué)穩(wěn)定性等，在鋰離子電池中得到了廣泛的研究。石墨烯因其重量輕、導(dǎo)電性好、韌性高等優(yōu)點成為材料研究的重大突破。石墨烯在電極材料研究領(lǐng)域具有巨大的潛力。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，石墨烯材料在鋰離子電池中的應(yīng)用大致可分為三類:石墨烯在正極材料、負(fù)極材料等鋰離子電池中的應(yīng)用。
石墨烯半包裹LiFePO4材料可以提高LiFePO4材料的導(dǎo)電性，但當(dāng)石墨烯半包裹LiFePO4材料時離子傳輸效率下降，推測鋰離子無法通過石墨烯的六環(huán)結(jié)構(gòu)。
目前，石墨烯陽極復(fù)合材料主要包括過渡金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料和石墨烯改性硅基材料。這種復(fù)合材料的研究方向是使用石墨烯材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)特點,協(xié)助納米材料改善鋰離子傳輸速度,以提高鋰離子電池的乘法器的性能和彌補原材料的缺陷和不足。
石墨烯導(dǎo)電性能優(yōu)異，可作為導(dǎo)電添加劑優(yōu)化鋰離子電池的導(dǎo)電性能。
石墨烯材料在鋰硫電池中的應(yīng)用
在傳統(tǒng)鋰離子電池中，由于“插層式”鋰存儲機制，陽極材料的容量普遍較低，無法滿足快速增長的市場需求。因此，探索和開發(fā)新型高能量密度二次電池已成為儲能領(lǐng)域的研究熱點，其中鋰硫電池就是其中之一。
為了獲得高性能的鋰硫電池，研究人員通過各種方法對硫陽極進行復(fù)合和改性，設(shè)計并制備了一系列結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)良的復(fù)合硫陽極材料。其中，碳材料因其導(dǎo)電性高、結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，而石墨烯作為一種新型碳材料，在提高鋰硫電池性能方面表現(xiàn)良好。
石墨烯是一種機械強度高、比表面積大的優(yōu)良電子導(dǎo)體。同時，化學(xué)修飾石墨烯及其衍生物具有一系列表面官能團，可為負(fù)載提供許多活性位點。因此，石墨烯被廣泛應(yīng)用于復(fù)合硫陰極材料。一方面，石墨烯材料作為硫正極的導(dǎo)電載體，彌補了硫?qū)щ娦阅懿畹娜秉c。另一方面，通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計和表面改性，石墨烯還可以抑制多硫化物的溶解。
石墨烯鋰電池材料、高導(dǎo)電性可以彌補硫粒子的導(dǎo)電性差的問題,因此石墨烯材料設(shè)計加載更多的單質(zhì)硫?qū)щ娨r底或?qū)щ娋W(wǎng)絡(luò),如石墨烯泡沫結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)統(tǒng)一的石墨烯和硫納米復(fù)合,能夠提供快速、有效硫電子傳輸通道,與此同時,毛孔也可以有效地約束多硫化物。
鋰硫電池由于其理論比容量大，比能量高，原料便宜，在電化學(xué)儲能領(lǐng)域前景廣闊
