石墨烯材料在锂离子和锂硫电池中的应用
来源：宝鄂实业
2019-12-01 21:59
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石墨烯材料在锂离子和锂硫电池中的应用。石墨烯作为一种新型纳米材料，由于其独特的二维单层碳结构、优异的导电性、导热性、韧性和强度，在功能材料、能源等领域具有广泛的应用前景。石墨烯的加入改善了不同电极材料的导电性，改善了锂离子电池的电化学性能，尤其是高电流放电性能和倍增器性能。
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石墨烯材料在锂离子电池中的应用
锂离子电池具有能量密度高、可逆容量大、开路电压大、使用寿命长等特点。在锂离子电池电极材料的研究过程中，一些碳元素的同素异形体和混合物可以作为具有优良导电性的稳定材料，这是锂离子电池开发新正极材料的研究中经常使用的材料。
石墨烯因其良好的物理化学性质，如高导电性、大比表面积、高化学稳定性等，在锂离子电池中得到了广泛的研究。石墨烯因其重量轻、导电性好、韧性高等优点成为材料研究的重大突破。石墨烯在电极材料研究领域具有巨大的潜力。根据应用领域，石墨烯材料在锂离子电池中的应用大致可分为三类:石墨烯在正极材料、负极材料等锂离子电池中的应用。
石墨烯半包裹LiFePO4材料可以提高LiFePO4材料的导电性，但当石墨烯半包裹LiFePO4材料时离子传输效率下降，推测锂离子无法通过石墨烯的六环结构。
目前，石墨烯阳极复合材料主要包括过渡金属氧化物/石墨烯复合材料和石墨烯改性硅基材料。这种复合材料的研究方向是使用石墨烯材料的导电性和结构特点,协助纳米材料改善锂离子传输速度,以提高锂离子电池的乘法器的性能和弥补原材料的缺陷和不足。
石墨烯导电性能优异，可作为导电添加剂优化锂离子电池的导电性能。
石墨烯材料在锂硫电池中的应用
在传统锂离子电池中，由于“插层式”锂存储机制，阳极材料的容量普遍较低，无法满足快速增长的市场需求。因此，探索和开发新型高能量密度二次电池已成为储能领域的研究热点，其中锂硫电池就是其中之一。
为了获得高性能的锂硫电池，研究人员通过各种方法对硫阳极进行复合和改性，设计并制备了一系列结构新颖、性能优良的复合硫阳极材料。其中，碳材料因其导电性高、结构丰富、比表面积大等优点得到了广泛的应用，而石墨烯作为一种新型碳材料，在提高锂硫电池性能方面表现良好。
石墨烯是一种机械强度高、比表面积大的优良电子导体。同时，化学修饰石墨烯及其衍生物具有一系列表面官能团，可为负载提供许多活性位点。因此，石墨烯被广泛应用于复合硫阴极材料。一方面，石墨烯材料作为硫正极的导电载体，弥补了硫导电性能差的缺点。另一方面，通过适当的结构设计和表面改性，石墨烯还可以抑制多硫化物的溶解。
石墨烯锂电池材料、高导电性可以弥补硫粒子的导电性差的问题,因此石墨烯材料设计加载更多的单质硫导电衬底或导电网络,如石墨烯泡沫结构可以实现统一的石墨烯和硫纳米复合,能够提供快速、有效硫电子传输通道,与此同时,毛孔也可以有效地约束多硫化物。
锂硫电池由于其理论比容量大，比能量高，原料便宜，在电化学储能领域前景广阔
