介绍石墨烯在锂电池正极材料中的应用
来源：宝鄂实业
2019-12-29 14:09
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石墨烯在锂电池正极材料中的应用
石墨烯是锂电池的负极材料，其充放电电流密度为50mA/g，比容量为540mAh/g。经过20多次循环后，容量在一定程度上衰减。石墨烯具有优异的光学、电学和机械性能，在材料科学、微纳米加工、能源、生物医学和药物传递等领域具有重要的应用前景。它被认为是未来革命性的材料，因为它是所有材料中最轻、最薄、最硬、最导电和最导电的。
研究发现，这可能是因为石墨烯片在材料中的排列没有得到优化。当石墨烯纸作为锂离子电池的正极材料时，循环性能不是很理想。第一次循环后，比容量降至100mAh/g以下(充放电电流密度为50mA/g)。采用热膨胀氧化石墨法制备的石墨烯用于锂离子电池正极材料。当使用1mA/g电流密度充放电时，其比容量可达554mAh/g。
更令人惊讶的是，如果在混合物中加入C60和碳纳米管，其比容量可高达784mAh/g。研究证明，石墨烯材料具有很高的锂离子扩散率，作为锂电池正极材料时，第一可逆比容量更高。但经过多次循环后，容量衰减严重，充放电曲线滞后严重，难以单独作为电极材料使用。石墨烯独特的柔性结构，与大容量金属或氧化物颗粒结合作为阴极材料，具有独特的优势。
锂电池正极材料石墨烯的应用现状与展望
近年来，随着新能源汽车的快速发展，对锂电池的需求也迅速增长。全球动力电池在锂电池生产中的份额从2014年的14%迅速增长到2015年的28%。中国动力电池在锂电池生产中的份额从2014年的19%上升到2015年的36%。
锂离子电池行业可分为三类:上游矿产资源、中间原料、产品制造与组装、下游应用。在产业链的环节中，锂电池隔膜制造的毛利率最高。阴极材料技术最为成熟，其中石墨阴极材料仍是主流。
从技术角度看，未来锂离子电池正极材料将呈现多样化的特点。迚一步,作为锂离子电池阳极材料的技术仍然是一个单一的开发天然石墨、人造石墨中间相碳微球和人造石墨,软/硬碳、无定形碳,碳钛酸锂,硅碳合金阳极材料和各种共存的情况。
天然石墨负极材料技术大迚一步,可逆容量已经达到超过360 mah / g,锂离子电池的消费者获得了广泛的应用。预计未来小电池、大容量电池将继续以天然石墨为主。人造石墨负极材料目前有一个非常广泛的应用,其优点是寽寿命长,低板反弹,但缺点是能力相对较低。目前在人造石墨的技术变化迚使人造石墨也可以玩350 mah / g的可逆容量。合成石墨和天然石墨复合材料作为锂离子电池的负极材料也得到了许多电池制造商的认可。软/硬碳、非晶碳、钛酸锂、金属合金、硅碳合金等新型阴极材料已进入试验阶段，有望在未来几年实现工业化。虽然新型阴极材料有其独特的优点，但其技术还不成熟。
