实例上石墨烯抗氧化温度不过 650℃，你怎么运用石墨烯做耐高温材料？

石墨烯正極材料

中国科学院宁波材料与工程研究所固态锂电池团队研究员姚霞银领导的小组与美国马里兰大学合作，设计一种新型硫正极结构的全固态锂硫电池，通过在还原氧化石墨烯上沉积超薄（~2nm）非晶态纳米硫层保持复合材料的高的电子传导率，进而将还原氧化石墨烯/硫复合材料均匀分散在超锂离子导体 Li10GeP2S12 基复合材料中，从而实现高离子电导率和低的应力/应变。以上述还原氧化石墨烯/硫复合材料-Li10GeP2S12-乙炔黑混合物作为正极层，Li10GeP2S12/改性Li3PS4 双层电解质作为固态电解质层，金属锂为负极组装全固态锂硫电池，其充放电曲线与传统锂硫电池截然不同，只有一对充放电平台，显著抑制多硫化物的产生。

60℃ 条件下，0.05C 首次放电容量为 1629 mAh/g，首次库伦效率达到 90%；同时显示出优异的倍率性能，在 0.1C，1.0C和2.0C 不同倍率进行充放电，发挥出 1384.5，903.2 和502.6mAh/g的可逆容量；1.0 C 大倍率长循环充放电下，循环 750 圈后仍可以保持 830 mAh/g 的可逆容量，电池单次循环容量衰减率仅为 0.015%，表现出比传统锂硫电池显著提升的循环性能。（Advanced Energy Materials，2017，doi: 10.1002/aenm. 201602923）。

中国科学院电工研究所研究员马衍伟团队设计开发出一种具有多级次微观结构的新型石墨烯-多孔碳球复合纳米材料。该碳复合材料兼具石墨烯纳米片和多孔碳纳米球的优点，具有 3182m2/g 的超高比表面积和 1.93cm3/g 的大孔隙率。基于这种碳纳米材料，电工所制备出了高性能锂硫电池正极。从微观结构来看，这种碳复合材料以石墨烯纳米片作为骨架，表面分散附着直径约为 200nm 的碳球，其内部含有主要为 1-3nm 的多级次介微纳米多孔结构，共同构成多级次的碳-碳复合纳米结构（如下图所示）。由于超高的比表面积和孔隙率，制备的碳硫复合正极即使在大的硫负载率（74.5%）下，仍可发挥 1250 mAh/g 的比容量（0.2 C）。循环充放电 100 次后，仍可保持 916 mAh/g 的比容量。在 2C 电流下循环充放电 450 次，容量保持率约为 98%。这表明该研究提出的零维及二维多级次复合纳米结构设计，发挥了石墨烯和多孔碳球的协同效应，有效地分散、限域硫正极，提高了电化学活性、避免了硫的穿梭效应。（Chemistry of Materials，2016,28, 7864−7871)

过去我曾举过耐高温材料的例子，实例上石墨烯抗氧化温度不过 650℃，你怎么运用石墨烯做耐高温材料？一般来说，要不你根本不懂石墨烯有这些制约，要不你会觉得不可能做到。但换个角度去思考，在抗高温材料的背面利用石墨烯来做到辐射冷却，这样就可以进行产品设计了。同样的，石墨烯或许永远都不能做主角，但当配角可以增加产品的一甲子功力，你为何还要拒绝它的实用性？

谈完了负极材料，这篇我们来探讨石墨烯用在正极材料与导电剂的思路。相对于负极材料及电解质而言，作为锂离子电池锂源的正极材料研究较为滞后，成为制约锂离子电池整体性能进一步提高的关键因素。在锂离子电池正极材料上都各有擅长，但各自要解决的问题也不少。选择磷酸铁锂作为动力型锂离子电池正极材料的一个重要原因是其优异的安全性，磷酸铁锂材料从热力学方面来说，其热稳定性和结构稳定型是目前所有正极材料中最高的。但从磷酸铁锂存在由于微量单质铁的溶解引起电池内在发生短路的可能性和几率来说，它可能又是最不安全的。美国阿贡实验室将磷酸铁锂高温循环性差的缺陷归结为 Fe2O3 在充放电循环过程中的溶解以及单质铁在负极上的析出。所以，为了提高磷酸铁锂的性能，必须将其颗粒纳米化。而纳米材料的一个显着特点是结构稳定性和热稳定性较低，化学活性较高，这在某种程度上也增加了磷酸铁锂中铁溶解的几率，特别是在高温循环与储存条件下。而实验结果也表明，在负极上通过化学分析或者能谱分析，测试到铁元素的存在。目前国内外有关磷酸铁锂电池新能源汽车在道路上正常行驶过程中发生起火燃烧等事故也从另一个侧面验证了这种可能性的现实发生。

镍钴锰酸锂三元材料應該是個好選擇吧？镍钴锰酸锂三元材料的压实密度可达到 3.9g/cm3 以上，充电电压达到 4.5 伏，可逆比容量达到 200mAh/g，电极能量密度高于钴酸锂25%，成本低于钴酸锂 25% 以上，有望全面取代钴酸锂。但三元材料也存在一些主要问题，如倍率性能较差、压实密度低以及生产批次一致性差等，而其循环寿命，特别是在高温下的循环性能，还需要进一步验证。此外，由于该材料的充电电压较高（一般需要充到 4.6 伏以上）和首次效率较低（通常低于 85%），电解液和负极的选择和匹配也是影响其应用的一个重要问题。