石墨烯鋰離子電池原理及石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)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(yīng)用。綠色”的能量儲運(yùn)體系已成為當(dāng)前能源領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)，鋰電作為其中重要的一個(gè)分支，其性能的提升是科研工作者關(guān)注的重點(diǎn)。石墨烯的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)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(jià)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(yùn)動(dòng)的特性，開發(fā)出的一種新能源電池。石墨烯在用作鋰離子電池正負(fù)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(dǎo)電和導(dǎo)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(yuǎn)小于體相石墨的，這使得Li+在石墨烯片層之間的擴(kuò)散路徑縮短；片層間距的增大也有利于Li+的擴(kuò)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(fù)極，制備柔性鋰離子電池

　　②可以用作修飾提高負(fù)極的電容量

　　③可以提高電極電導(dǎo)率同時(shí)作為電流收集物質(zhì)

　　④可以降低硅基及金屬氧化物負(fù)極材料的體積膨脹效應(yīng)，提高使用壽命

　　⑤可以縮短鋰離子電池的充電時(shí)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(yīng)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(fù)極材料兩方面綜述了石墨烯的加入對不同電極材料導(dǎo)電性的提高和對鋰離子電池電化學(xué)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(fù)極的應(yīng)用

　　石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極

　　石墨烯/Si(Ge、Sn、Ni）符合材料作為鋰離子電池負(fù)極

　　石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極

　　石墨烯與金屬硫化物復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極

　　2、石墨烯在鋰離子正極的應(yīng)用

　　石墨烯與多種正極材料復(fù)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(yīng)用的問題

　　石墨烯作為一種性能優(yōu)異的活性材料大規(guī)模應(yīng)用在鋰離子電池上的是時(shí)間問題石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池的關(guān)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(fù)合的均勻性、吸附性和有效地調(diào)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(yīng)用于鋰離子電池的關(guān)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(dǎo)電、導(dǎo)熱性、低電阻率、高強(qiáng)度和硬度，以及易與其他資料組成的雙面開放的結(jié)構(gòu)特性，將有希望大幅度進(jìn)步現(xiàn)有鋰離子電池的功能。依據(jù)許多石墨烯鋰離子電池的研討進(jìn)展能夠發(fā)現(xiàn)，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(fù)合，能夠添加電極資料的比外表積、改善導(dǎo)電率然后進(jìn)步資料的有用容量。與金屬氧化物復(fù)合能夠添加資料的導(dǎo)電率，因?yàn)槭┍旧淼慕Y(jié)構(gòu)特功能夠避免金屬氧化物在充放電進(jìn)程中的體積脹大，然后添加資料的穩(wěn)定性，進(jìn)步資料的充放電壽數(shù)。

　　現(xiàn)階段，石墨烯本身質(zhì)量難以達(dá)到無缺陷和100%的單層率，導(dǎo)致石墨烯鋰離子電池的功能，無法到達(dá)預(yù)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(zhì)量較之前有大幅度提高，咱們能夠預(yù)期未來的石墨烯電池的功能將有更大幅度的功能提高。