石墨烯真正用于鋰電池，還有多遠(yuǎn)的路要走
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-02 14:38
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目前石墨烯在鋰電池方面的研究主要分兩塊
一是在傳統(tǒng)鋰電池上進(jìn)行應(yīng)用，目的是改進(jìn)、提升鋰電池的性能，這類電池不會(huì)產(chǎn)生顛覆性的影響；
二是依據(jù)石墨烯制造一個(gè)新體系的電池，它是一個(gè)嶄新系列的，在性能上是顛覆性的，稱作“超級(jí)電池”。
石墨烯在正極材料中的應(yīng)用
鋰電池的正極材料例如常用LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4都是不良的電子導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率分別為10-4、10-6和10-9Scm-1。在目前現(xiàn)有的鋰離子電池體系中，電池使用的正負(fù)極材料本身具有較低的離子與電子電導(dǎo)率，這是影響和限制鋰電池充放電循環(huán)和倍率性能的主要因素。所以為了充放電過程中充分有效利用正極材料同時(shí)能提高電池的倍率性能，要在正極材料中加入導(dǎo)電劑，傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑一般是石墨。而石墨烯本身具有非常高的電子傳導(dǎo)率，用石墨烯作為導(dǎo)電添加劑是其在鋰電池中最直接，也是最廣泛的應(yīng)用。
石墨烯作為導(dǎo)電劑的問題
對(duì)于石墨烯導(dǎo)電劑的實(shí)際應(yīng)用，需要綜合考慮石墨烯對(duì)電子電導(dǎo)的“面-點(diǎn)”促進(jìn)作用和對(duì)離子傳導(dǎo)的“位阻效應(yīng)”；針對(duì)導(dǎo)電劑用量和最終電池的能量/功率密度綜合考慮設(shè)計(jì)電極的厚度。對(duì)于LFP體系的鋰離子電池，由于石墨烯對(duì)鋰離子傳輸?shù)挠绊懛浅?qiáng)，所以需要特別注意電極的厚度。
石墨烯在負(fù)極材料中的應(yīng)用
目前鋰電池常用的負(fù)極材料是石墨，用石墨烯作負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)有：
石墨烯導(dǎo)電性能好，耐腐蝕，用作負(fù)極材料可以增強(qiáng)活性物質(zhì)與集流體的導(dǎo)電性；
石墨烯片層作為單層二維結(jié)構(gòu)，原則上不存在體積膨脹，所以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，充放電快，循環(huán)性能好；
納米顆粒原位法合成于石墨烯表面形成基復(fù)合材料，通過控制其生長(zhǎng)顆粒的尺寸，從而縮短鋰離子和電子擴(kuò)散距離，改善材料的倍率性能；
納米顆粒均勻覆蓋在石墨烯表面，一定程度能夠防止石墨烯片層的聚合和電解質(zhì)浸入石墨烯片層，導(dǎo)致電極材料失效。
石墨烯直接用作負(fù)極材料存在的問題
石墨烯由于尺寸小并且具有很高的比表面積，容易與電解液發(fā)生反應(yīng)生成大量的SEI膜，造成大量不可逆容量的損失。
石墨烯在電極循環(huán)中容易發(fā)生團(tuán)聚，并且由于范德華力導(dǎo)致團(tuán)聚不可逆，導(dǎo)致嵌鋰?yán)щy，電池容量衰減。
石墨烯在制備過程中容易發(fā)生再堆疊，對(duì)分散和干燥條件要求苛刻，導(dǎo)致成本增加。
石墨烯材料在電池負(fù)極材料的應(yīng)用中表現(xiàn)為首次效率低，循環(huán)性能差等問題還未能解決。
