石墨烯在鋰離子電池負極材料的應用

來源：存能電氣  日期：2019-08-16 09:58  瀏覽量：次

　　石墨烯在鋰離子電池負極材料的應用。石墨烯是近年來研究較多的一種新型材料，具有良好的導電性能和倍率性能，在鋰離子電池正極材料和負極材料領域極具應用潛力。石墨烯鋰電池負極材料的高導電性、高導熱性、高比表面積、等諸多優(yōu)良特性，一定程度上對解決該問題有著非常重要的理論和工程價值。

　　石墨烯在用作鋰離子電池正負極材料方面具有以下優(yōu)勢：

　　1）石墨烯具有超大的比表面積（2630m2/g），可降低鋰電池極化，從而減少因極化造成的能量損失。

　　2）石墨烯具有優(yōu)良的導電和導熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩(wěn)定性。

　　3）石墨烯片層的尺度在微納米量級，遠小于體相石墨的，這使得Li+在石墨烯片層之間的擴散路徑縮短；片層間距的增大也有利于Li+的擴散傳輸，有利于鋰離子電池功率性能的提高。

　　石墨烯在鋰電池負極材料中可能的應用領域

　　1、石墨烯單獨用于負極材料;

　　2、與其它新型負極材料，比如硅基和錫基材料以及過渡金屬化合物形成復合材料;

　　3、負極導電添加劑。

　　石墨烯在鋰離子電池負極材料的應用

　　對于鋰電的負極材料而言，過渡金屬氧化物或具有前景的Si基材料進行石墨烯摻雜后在比容量、電壓特性、內(nèi)阻、充放電性能、循環(huán)性能、倍率性能等電化學性能方面已經(jīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的特性。

　　石墨烯基中雜原子摻雜引入了更多的表面缺陷，提高石墨烯材料的電導率，得復合材料擁有更優(yōu)良的性能。鋰電正極材料類似，引入石墨烯材料到鋰離子電池正極材料系統(tǒng)可以提高正極材料的電導率，保護正極材料避免粉化、崩塌，抑制正極材料的溶解。

　　石墨烯電池是一種僅由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型晶格的平面薄膜，亦即只有一個碳原子厚度的二維材料。相比其他炭材料如碳納米管，石墨烯具有獨特的微觀結構，這使得石墨烯具有較大的比表面積和蜂窩狀空穴結構，具有較高的儲鋰能力。此外，材料本身具有良好的化學穩(wěn)定性、高電子遷移率以及優(yōu)異的力學性能，使其作為電極材料具有突出優(yōu)勢。

　　石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在鋰電池復合電極材料中發(fā)揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復合，能利用石墨烯的特殊片層結構，改善材料的力學性能和電子傳輸能力。同時，摻雜后的石墨烯片層間距增大，提供更多的儲鋰空間。

　　此外，石墨烯還可以用于改性其他非碳基負極材料。目前研究的鋰離子電池非碳基負極材料主要有錫基、硅基以及過渡金屬類為主的電極材料，這類材料具有高理論容量，但其缺點是在嵌鋰/脫鋰過程中體積膨脹收縮變化明顯。石墨烯摻雜改性后的復合材料能改善這兩種材料單獨使用時的缺點。

　　從上面的分析可以很清楚地看到，石墨烯在鋰離子電池里面可能發(fā)揮作用的領域只有兩個：直接用于負極材料和用于導電添加劑。石墨烯或者石墨烯復合材料實際用于鋰電負極的可能性很小產(chǎn)業(yè)化前景渺茫。