石墨烯鋰電池正極和負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-14 23:23
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鋰石墨烯電池原理、石墨烯在鋰電池正極材料中的應(yīng)用。隨著傳統(tǒng)燃煤發(fā)電對環(huán)境的污染，以及核電的安全問題等原因，近年來，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)作為一種新型的綠色能源受到越來越多的關(guān)注。目前，石墨烯材料在發(fā)電和儲能領(lǐng)域的研究主要集中在以石墨烯代替碳作為鋰電池和超級電容器的電極材料。然而，直接使用石墨烯作為發(fā)電和電池設(shè)備的主要功能部件的研究還沒有進(jìn)行。介紹了石墨烯鋰電池的原理及其在鋰電池正極材料中的應(yīng)用。
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石墨烯鋰電池原理
石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單原子平面薄膜，只有0.34納米厚，約為人類頭發(fā)絲直徑的15萬分之一。它是目前世界上已知的最薄最強(qiáng)的納米材料，具有良好的透光性和折疊能力。自問世以來，由于其強(qiáng)大的導(dǎo)電性，被認(rèn)為是一種革命性的儲能材料。根據(jù)新的國家標(biāo)準(zhǔn),它有一個循環(huán)壽命超過4000次,和它的使用溫度范圍從- 30°c到70°c以上。的基礎(chǔ)上保證某些駕駛距離,它可以實(shí)現(xiàn)快速和大電流充電,循環(huán)壽命長。
由于溶液在室溫下的熱能，銅離子帶著雙重正電荷，以大約每秒300米的速度通過溶液。當(dāng)鋰離子撞擊石墨烯帶時，碰撞產(chǎn)生的能量足以將電子拉出石墨烯。電子有兩種選擇:一種是離開石墨烯帶與銅離子結(jié)合，另一種是穿過石墨烯進(jìn)入電路。
電子在石墨烯中流動的速度比它們在溶液中流動的速度快，所以電子自然地選擇了它們在電路中的路徑。釋放的電子更有可能通過石墨烯表面，而不是進(jìn)入電解液。這就是設(shè)備產(chǎn)生電壓的方式。
石墨烯鋰電池正極和負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)
1)石墨烯具有非常大的比表面積(2630m2/g)，可以降低鋰電池的極化，從而降低極化造成的能量損失。
2)石墨烯導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異，即具有良好的電子傳遞通道和穩(wěn)定性。
3)石墨烯片的尺度為納米級，遠(yuǎn)小于大塊石墨，使得Li+在石墨烯片間的擴(kuò)散路徑更短;片層間距的增大也有利于鋰離子的擴(kuò)散和傳輸，提高鋰離子電池的功率性能。
石墨烯在鋰電池正極材料中的應(yīng)用
隨著量產(chǎn)、大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的工業(yè)化應(yīng)用正在加速?；诂F(xiàn)有的研究成果，第一個商業(yè)化應(yīng)用可能是在移動設(shè)備、航空航天和新能源鋰電池領(lǐng)域。
純石墨烯材料由于其低、高的第一循環(huán)庫侖效率充放電平臺和較差的循環(huán)穩(wěn)定性，無法替代目前商用碳材料直接作為鋰離子電池正極材料。而石墨烯作為一種優(yōu)良的基體材料，在鋰電池復(fù)合電極材料中可以發(fā)揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料結(jié)合，利用石墨烯特殊的片狀結(jié)構(gòu)，提高材料的力學(xué)性能和電子傳遞能力。同時，摻雜的石墨烯片間距增大，提供了更多的鋰存儲空間。
此外，石墨烯還可用于修飾其他非碳基陽極材料。目前，鋰電池的非碳基負(fù)極材料主要包括錫、硅和過渡金屬電極材料，它們具有較高的理論容量，但在嵌入鋰/鋰鹽過程中體積的膨脹和收縮變化較大。單獨(dú)使用石墨烯復(fù)合材料可以改善這兩種材料的缺點(diǎn)。
●應(yīng)用優(yōu)勢
1. 柔性石墨烯片能有效緩沖金屬電極材料的體積膨脹;
2. 石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性可增強(qiáng)金屬電極材料的電子傳輸能力;
3.石墨烯表面活性核心點(diǎn)可以控制金屬氧化物顆粒在石墨烯表面的生長，保持納米級尺寸，提高多聚體性能
