石墨烯作为锂电池负极材料的优势
来源：宝鄂实业
2019-10-22 09:25
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1.石墨烯具有超大的比表面积（2630m2/g），可降低锂电池极化，从而减少因极化造成的能量损失。
2.石墨烯具有优良的导电和导热特性，即具备良好的电子传输通道和稳定性。
3.石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨的，这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径缩短；片层间距的增大也有利于Li+的扩散传输，有利于锂离子电池功率性能的提高。
石墨烯因其高导电、导热效应等而备受储能领域的关注，其复合材料用作锂电池负极材料是显著提升了锂电池的电化学性能。
石墨烯负极材料的发展前景
石墨烯由于其独特的二维结构、优异的电子传输能力以及超大的比表面积等优势极有潜力替代石墨成为新一代锂电池负极材料。石墨烯的储锂机制与其他碳材料相似，充电时锂离子从正极脱出经过电解质嵌入碳材料层间形成形成Li2C6，放电时锂离子脱出返回正极。
因此较之石墨，以石墨烯为负极更有利于提高电池性能。从石墨烯电池的概念提出以来，很多学术研究成果表明石墨烯锂电池可逆容量可达500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。
目前负极材料主要以天然石墨和人造石墨为主，这两种石墨各有优劣。如果将石墨烯用作锂电负极材料的话，需要独立的上下游产业链、昂贵的价格还有复杂的工艺，这让众多负极材料厂商望而却步。
在正极复合材料中，石墨烯二维高比表面积的特殊结构及优异的电子传输能力，能有效改善正极材料的导电性能，提高锂离子的扩散传输能力。相比于传统导电添加剂，石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量，达到更优异的电化学性能。此外，也有石墨烯包覆正极材料如磷酸铁锂，锰酸锂的相关报道。
负极材料方面，纯石墨烯材料由于首次循环库仑效率低、充放电平台较高以及循环稳定性较差，并不能取代目前商用的碳材料直接作为锂离子电池负极材料使用。但石墨烯可以作为一种优异的基体材料在锂电池复合电极材料中发挥更大的作用。将石墨烯与天然石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料复合，能利用石墨烯的特殊片层结构，改善材料的力学性能和电子传输能力。同时，掺杂后的石墨烯片层间距增大，提供更多的储锂空间。
锂电池负极材料的能量密度是影响锂电池能量密度的主要因素之一，石墨烯电池是一种由碳六元环形成的新型碳材料,具有很多优异的性能，如大比表面（约2600m2g-1）、高导热系数（约5300Wm-1K-1）、高电子导电性（电子迁移率为15000cm2V-1s-1)和良好的机械性能，被作为锂电池材料而备受关注。石墨烯直接作为锂电池负极材料时，具有非常可观的电化学性能。
