介紹石墨烯在鋰電池正極材料中的應(yīng)用
來源：寶鄂實業(yè)
2019-12-29 14:09
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石墨烯在鋰電池正極材料中的應(yīng)用
石墨烯是鋰電池的負極材料，其充放電電流密度為50mA/g，比容量為540mAh/g。經(jīng)過20多次循環(huán)后，容量在一定程度上衰減。石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和機械性能，在材料科學(xué)、微納米加工、能源、生物醫(yī)學(xué)和藥物傳遞等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。它被認為是未來革命性的材料，因為它是所有材料中最輕、最薄、最硬、最導(dǎo)電和最導(dǎo)電的。
研究發(fā)現(xiàn)，這可能是因為石墨烯片在材料中的排列沒有得到優(yōu)化。當(dāng)石墨烯紙作為鋰離子電池的正極材料時，循環(huán)性能不是很理想。第一次循環(huán)后，比容量降至100mAh/g以下(充放電電流密度為50mA/g)。采用熱膨脹氧化石墨法制備的石墨烯用于鋰離子電池正極材料。當(dāng)使用1mA/g電流密度充放電時，其比容量可達554mAh/g。
更令人驚訝的是，如果在混合物中加入C60和碳納米管，其比容量可高達784mAh/g。研究證明，石墨烯材料具有很高的鋰離子擴散率，作為鋰電池正極材料時，第一可逆比容量更高。但經(jīng)過多次循環(huán)后，容量衰減嚴重，充放電曲線滯后嚴重，難以單獨作為電極材料使用。石墨烯獨特的柔性結(jié)構(gòu)，與大容量金屬或氧化物顆粒結(jié)合作為陰極材料，具有獨特的優(yōu)勢。
鋰電池正極材料石墨烯的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望
近年來，隨著新能源汽車的快速發(fā)展，對鋰電池的需求也迅速增長。全球動力電池在鋰電池生產(chǎn)中的份額從2014年的14%迅速增長到2015年的28%。中國動力電池在鋰電池生產(chǎn)中的份額從2014年的19%上升到2015年的36%。
鋰離子電池行業(yè)可分為三類:上游礦產(chǎn)資源、中間原料、產(chǎn)品制造與組裝、下游應(yīng)用。在產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)中，鋰電池隔膜制造的毛利率最高。陰極材料技術(shù)最為成熟，其中石墨陰極材料仍是主流。
從技術(shù)角度看，未來鋰離子電池正極材料將呈現(xiàn)多樣化的特點。迚一步,作為鋰離子電池陽極材料的技術(shù)仍然是一個單一的開發(fā)天然石墨、人造石墨中間相碳微球和人造石墨,軟/硬碳、無定形碳,碳鈦酸鋰,硅碳合金陽極材料和各種共存的情況。
天然石墨負極材料技術(shù)大迚一步,可逆容量已經(jīng)達到超過360 mah / g,鋰離子電池的消費者獲得了廣泛的應(yīng)用。預(yù)計未來小電池、大容量電池將繼續(xù)以天然石墨為主。人造石墨負極材料目前有一個非常廣泛的應(yīng)用,其優(yōu)點是寽壽命長,低板反彈,但缺點是能力相對較低。目前在人造石墨的技術(shù)變化迚使人造石墨也可以玩350 mah / g的可逆容量。合成石墨和天然石墨復(fù)合材料作為鋰離子電池的負極材料也得到了許多電池制造商的認可。軟/硬碳、非晶碳、鈦酸鋰、金屬合金、硅碳合金等新型陰極材料已進入試驗階段，有望在未來幾年實現(xiàn)工業(yè)化。雖然新型陰極材料有其獨特的優(yōu)點，但其技術(shù)還不成熟。
