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。

　　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、內阻、充放電性能、循環性能、倍率性能等電化學性能方面已經表現出了優異的特性。

　　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定性、高電子遷移率以及優異的力學性能，使其作為電極材料具有突出優勢。

　　石墨烯可以作為一種優異的基體材料在鋰電池復合電極材料中發揮更大的作用。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業化前景渺茫。