石墨烯鋰離子電池原理及石墨烯在鋰離子電池中的應用

來源：存能電氣  日期：2019-10-30 11:26  瀏覽量：次

　　石墨烯鋰離子電池原理及石墨烯在鋰離子電池中的應用。綠色”的能量儲運體系已成為當前能源領域的關注熱點，鋰電作為其中重要的一個分支，其性能的提升是科研工作者關注的重點。石墨烯的高導電性、高導熱性、高比表面積、等諸多優良特性，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。

　　石墨烯鋰離子電池原理

　　石墨烯電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的一種新能源電池。石墨烯在用作鋰離子電池正負極材料方面具有以下優勢：

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

　　②石墨烯具有優良的導電和導熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩定性。

　　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。

　　為什么選擇石墨烯？

　　①可以直接作為鋰離子電池的負極，制備柔性鋰離子電池

　　②可以用作修飾提高負極的電容量

　　③可以提高電極電導率同時作為電流收集物質

　　④可以降低硅基及金屬氧化物負極材料的體積膨脹效應，提高使用壽命

　　⑤可以縮短鋰離子電池的充電時間和增加鋰離子電池的功率密度

　　石墨烯在鋰離子電池中的應用

　　石墨烯作為鋰離子電池電板材料載體，分別從正極材料和負極材料兩方面綜述了石墨烯的加入對不同電極材料導電性的提高和對鋰離子電池電化學性能的改善，尤其是對大電流放電性能和倍率性能的改善。

　　1、石墨烯在鋰離子負極的應用

　　石墨烯直接作為鋰離子電池負極

　　石墨烯/Si(Ge、Sn、Ni）符合材料作為鋰離子電池負極

　　石墨烯/金屬氧化物復合材料作為鋰離子電池負極

　　石墨烯與金屬硫化物復合作為鋰離子電池負極

　　2、石墨烯在鋰離子正極的應用

　　石墨烯與多種正極材料復合的方法與工藝

　　石墨烯與磷酸鐵鋰和磷酸釩鋰的性能

　　石墨烯在鋰離子電池中應用的問題

　　石墨烯作為一種性能優異的活性材料大規模應用在鋰離子電池上的是時間問題石墨烯應用于鋰離子電池的關鍵問題在于如何降低石墨烯的成本。通過研究石墨烯與電極材料符合工藝，提高復合的均勻性、吸附性和有效地調控石墨烯的組裝與排列使其形成良好的電子與離子傳輸通道是石墨烯是否能應用于鋰離子電池的關鍵問題。

　　尚未解決的理論問題是石墨烯與電解液及電極材料的相互作用問題。石墨烯的高導電、導熱性、低電阻率、高強度和硬度，以及易與其他資料組成的雙面開放的結構特性，將有希望大幅度進步現有鋰離子電池的功能。依據許多石墨烯鋰離子電池的研討進展能夠發現，石墨烯在改善鋰離子電池功能方面的潛能。

　　石墨烯與鋰離子電池的正極資料復合，能夠添加電極資料的比外表積、改善導電率然后進步資料的有用容量。與金屬氧化物復合能夠添加資料的導電率，因為石墨烯本身的結構特功能夠避免金屬氧化物在充放電進程中的體積脹大，然后添加資料的穩定性，進步資料的充放電壽數。

　　現階段，石墨烯本身質量難以達到無缺陷和100%的單層率，導致石墨烯鋰離子電池的功能，無法到達預期的功能。可是在石墨烯制備技能不斷開展的趨勢下，石墨烯質量較之前有大幅度提高，咱們能夠預期未來的石墨烯電池的功能將有更大幅度的功能提高。