石墨烯在鋰電池負(fù)極材料中的應(yīng)用領(lǐng)域分析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-12-15 16:55
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石墨烯在鋰離子電池正極材料中的應(yīng)用。石墨烯是近年來研究較多的新材料。它具有良好的導(dǎo)電性能和乘法器性能，在鋰離子電池正極材料和負(fù)極材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。鋰石墨烯電池正極材料具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積等優(yōu)良性能。在一定程度上，解決這一問題具有重要的理論和工程價值。
作為鋰離子電池的正極和負(fù)極材料，石墨烯具有以下優(yōu)點:
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+在石墨烯片間的擴散路徑更短;片層間距的增大也有利于鋰離子的擴散和傳輸，提高鋰離子電池的功率性能。
鋰離子電池正極材料。JPG
石墨烯在鋰電池正極材料中的潛在應(yīng)用
1. 石墨烯僅用于陰極材料;
2. 與其他新型陰極材料形成復(fù)合材料，如硅基、錫基材料和過渡金屬化合物;
3.-導(dǎo)電添加劑。
石墨烯在鋰離子電池正極材料中的應(yīng)用
對于鋰正極材料，過渡金屬氧化物或石墨烯摻雜的有前途的硅基材料在比容量、電壓特性、內(nèi)阻、充放電性能、循環(huán)性能、倍增器性能等方面均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
由于石墨烯基體中雜原子摻雜導(dǎo)致的表面缺陷增多，石墨烯材料的導(dǎo)電性得到提高，復(fù)合材料的性能得到改善。與鋰正極材料類似，將石墨烯材料引入鋰離子電池正極材料體系中，可以提高正極材料的電導(dǎo)率，保護(hù)正極材料不發(fā)生粉化和坍塌，抑制正極材料的溶解。
石墨烯電池是一種只有一個碳原子厚度的二維材料，它是由只有sp2雜化軌道的碳原子組成的六邊形晶格的平面薄膜。與碳納米管等其他碳材料相比，石墨烯具有獨特的微觀結(jié)構(gòu)，比表面積和蜂窩孔結(jié)構(gòu)更大，鋰的存儲容量也更高。此外，該材料本身具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高的電子遷移率和優(yōu)異的力學(xué)性能，使其成為電極材料的突出優(yōu)勢。
石墨烯可作為優(yōu)良的基體材料，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，鋰離子電池的非碳基負(fù)極材料主要有錫基、硅基和過渡金屬基電極材料，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。單獨使用石墨烯復(fù)合材料可以改善這兩種材料的缺點。
從以上分析可知，石墨烯在鋰離子電池中可能發(fā)揮作用的領(lǐng)域只有兩個:直接用于陰極材料和作為導(dǎo)電添加劑。石墨烯或石墨烯復(fù)合材料實際用于鋰陰極電極的可能性很小，產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。
