石墨烯锂电池正极和负极材料的优点
来源：宝鄂实业
2019-12-14 23:23
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锂石墨烯电池原理、石墨烯在锂电池正极材料中的应用。随着传统燃煤发电对环境的污染，以及核电的安全问题等原因，近年来，太阳能光伏产业作为一种新型的绿色能源受到越来越多的关注。目前，石墨烯材料在发电和储能领域的研究主要集中在以石墨烯代替碳作为锂电池和超级电容器的电极材料。然而，直接使用石墨烯作为发电和电池设备的主要功能部件的研究还没有进行。介绍了石墨烯锂电池的原理及其在锂电池正极材料中的应用。
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石墨烯锂电池原理
石墨烯是一种由碳原子构成的单原子平面薄膜，只有0.34纳米厚，约为人类头发丝直径的15万分之一。它是目前世界上已知的最薄最强的纳米材料，具有良好的透光性和折叠能力。自问世以来，由于其强大的导电性，被认为是一种革命性的储能材料。根据新的国家标准,它有一个循环寿命超过4000次,和它的使用温度范围从- 30°c到70°c以上。的基础上保证某些驾驶距离,它可以实现快速和大电流充电,循环寿命长。
由于溶液在室温下的热能，铜离子带着双重正电荷，以大约每秒300米的速度通过溶液。当锂离子撞击石墨烯带时，碰撞产生的能量足以将电子拉出石墨烯。电子有两种选择:一种是离开石墨烯带与铜离子结合，另一种是穿过石墨烯进入电路。
电子在石墨烯中流动的速度比它们在溶液中流动的速度快，所以电子自然地选择了它们在电路中的路径。释放的电子更有可能通过石墨烯表面，而不是进入电解液。这就是设备产生电压的方式。
石墨烯锂电池正极和负极材料的优点
1)石墨烯具有非常大的比表面积(2630m2/g)，可以降低锂电池的极化，从而降低极化造成的能量损失。
2)石墨烯导电导热性能优异，即具有良好的电子传递通道和稳定性。
3)石墨烯片的尺度为纳米级，远小于大块石墨，使得Li+在石墨烯片间的扩散路径更短;片层间距的增大也有利于锂离子的扩散和传输，提高锂离子电池的功率性能。
石墨烯在锂电池正极材料中的应用
随着量产、大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的工业化应用正在加速。基于现有的研究成果，第一个商业化应用可能是在移动设备、航空航天和新能源锂电池领域。
纯石墨烯材料由于其低、高的第一循环库仑效率充放电平台和较差的循环稳定性，无法替代目前商用碳材料直接作为锂离子电池正极材料。而石墨烯作为一种优良的基体材料，在锂电池复合电极材料中可以发挥更大的作用。将石墨烯与天然石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料结合，利用石墨烯特殊的片状结构，提高材料的力学性能和电子传递能力。同时，掺杂的石墨烯片间距增大，提供了更多的锂存储空间。
此外，石墨烯还可用于修饰其他非碳基阳极材料。目前，锂电池的非碳基负极材料主要包括锡、硅和过渡金属电极材料，它们具有较高的理论容量，但在嵌入锂/锂盐过程中体积的膨胀和收缩变化较大。单独使用石墨烯复合材料可以改善这两种材料的缺点。
●应用优势
1. 柔性石墨烯片能有效缓冲金属电极材料的体积膨胀;
2. 石墨烯优异的导电性可增强金属电极材料的电子传输能力;
3.石墨烯表面活性核心点可以控制金属氧化物颗粒在石墨烯表面的生长，保持纳米级尺寸，提高多聚体性能
