石墨烯在锂电池负极材料中的应用领域分析
来源：宝鄂实业
2019-12-15 16:55
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石墨烯在锂离子电池正极材料中的应用。石墨烯是近年来研究较多的新材料。它具有良好的导电性能和乘法器性能，在锂离子电池正极材料和负极材料领域具有巨大的应用潜力。锂石墨烯电池正极材料具有高导电性、高导热性、高比表面积等优良性能。在一定程度上，解决这一问题具有重要的理论和工程价值。
作为锂离子电池的正极和负极材料，石墨烯具有以下优点:
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。
锂离子电池正极材料。JPG
石墨烯在锂电池正极材料中的潜在应用
1. 石墨烯仅用于阴极材料;
2. 与其他新型阴极材料形成复合材料，如硅基、锡基材料和过渡金属化合物;
3.-导电添加剂。
石墨烯在锂离子电池正极材料中的应用
对于锂正极材料，过渡金属氧化物或石墨烯掺杂的有前途的硅基材料在比容量、电压特性、内阻、充放电性能、循环性能、倍增器性能等方面均表现出优异的电化学性能。
由于石墨烯基体中杂原子掺杂导致的表面缺陷增多，石墨烯材料的导电性得到提高，复合材料的性能得到改善。与锂正极材料类似，将石墨烯材料引入锂离子电池正极材料体系中，可以提高正极材料的电导率，保护正极材料不发生粉化和坍塌，抑制正极材料的溶解。
石墨烯电池是一种只有一个碳原子厚度的二维材料，它是由只有sp2杂化轨道的碳原子组成的六边形晶格的平面薄膜。与碳纳米管等其他碳材料相比，石墨烯具有独特的微观结构，比表面积和蜂窝孔结构更大，锂的存储容量也更高。此外，该材料本身具有良好的化学稳定性、高的电子迁移率和优异的力学性能，使其成为电极材料的突出优势。
石墨烯可作为优良的基体材料，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，锂离子电池的非碳基负极材料主要有锡基、硅基和过渡金属基电极材料，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。
从以上分析可知，石墨烯在锂离子电池中可能发挥作用的领域只有两个:直接用于阴极材料和作为导电添加剂。石墨烯或石墨烯复合材料实际用于锂阴极电极的可能性很小，产业化前景渺茫。
