石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-07-12 14:48  瀏覽量：次

　　石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)。鋰電池主要負(fù)極材料有錫基材料、鋰基材料、鈦酸鋰、碳納米材料、石墨烯材料等。石墨烯電池的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、等諸多優(yōu)良特性，一定程度上對(duì)解決該問(wèn)題有著非常重要的理論和工程價(jià)值。下面存能電氣小編介紹一下石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)。

　　石墨烯作為鋰電池負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)

　　1.石墨烯具有超大的比表面積（2630m2/g），可降低鋰電池極化，從而減少因極化造成的能量損失。

　　2.石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩(wěn)定性。

　　3.石墨烯片層的尺度在微納米量級(jí)，遠(yuǎn)小于體相石墨的，這使得Li+在石墨烯片層之間的擴(kuò)散路徑縮短；片層間距的增大也有利于Li+的擴(kuò)散傳輸，有利于鋰離子電池功率性能的提高。

　　石墨烯因其高導(dǎo)電、導(dǎo)熱效應(yīng)等而備受儲(chǔ)能領(lǐng)域的關(guān)注，其復(fù)合材料用作鋰電池負(fù)極材料是顯著提升了鋰電池的電化學(xué)性能。

　　石墨烯負(fù)極材料的發(fā)展前景

　　石墨烯由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電子傳輸能力以及超大的比表面積等優(yōu)勢(shì)極有潛力替代石墨成為新一代鋰電池負(fù)極材料。石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)制與其他碳材料相似，充電時(shí)鋰離子從正極脫出經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時(shí)鋰離子脫出返回正極。

　　因此較之石墨，以石墨烯為負(fù)極更有利于提高電池性能。從石墨烯電池的概念提出以來(lái)，很多學(xué)術(shù)研究成果表明石墨烯鋰電池可逆容量可達(dá)500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。

　　目前負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，這兩種石墨各有優(yōu)劣。如果將石墨烯用作鋰電負(fù)極材料的話，需要獨(dú)立的上下游產(chǎn)業(yè)鏈、昂貴的價(jià)格還有復(fù)雜的工藝，這讓眾多負(fù)極材料廠商望而卻步。

　　在正極復(fù)合材料中，石墨烯二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的電子傳輸能力，能有效改善正極材料的導(dǎo)電性能，提高鋰離子的擴(kuò)散傳輸能力。相比于傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑，石墨烯導(dǎo)電劑的優(yōu)勢(shì)在于能用較少的添加量，達(dá)到更優(yōu)異的電化學(xué)性能。此外，也有石墨烯包覆正極材料如磷酸鐵鋰，錳酸鋰的相關(guān)報(bào)道。

　　負(fù)極材料方面，純石墨烯材料由于首次循環(huán)庫(kù)侖效率低、充放電平臺(tái)較高以及循環(huán)穩(wěn)定性較差，并不能取代目前商用的碳材料直接作為鋰離子電池負(fù)極材料使用。但石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在鋰電池復(fù)合電極材料中發(fā)揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復(fù)合，能利用石墨烯的特殊片層結(jié)構(gòu)，改善材料的力學(xué)性能和電子傳輸能力。同時(shí)，摻雜后的石墨烯片層間距增大，提供更多的儲(chǔ)鋰空間。

　　鋰電池負(fù)極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，石墨烯電池是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料,具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導(dǎo)熱系數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導(dǎo)電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機(jī)械性能，被作為鋰電池材料而備受關(guān)注。石墨烯直接作為鋰電池負(fù)極材料時(shí)，具有非常可觀的電化學(xué)性能。

　　石墨烯電池是近年來(lái)研究較多的一種新型材料，具有良好的導(dǎo)電性能和倍率性能，在鋰離子電池正極材料和負(fù)極材料領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。負(fù)極材料作為鋰電池四大組成材料之一，在提高電池的容量以及循環(huán)性能方面起到了重要作用。