石墨烯在鋰電池電極材料中的應用

石墨烯是近年來研究較多的一種新型材料，具有良好的導電性能和倍率性能，將其應用于鋰離子電池負極材料中，可以大幅度提高負極材料的電容量和大倍率充放電性能。

石墨烯是一種單原子層厚度的石墨材料，具有*的二維結構和優(yōu)異的電學堯力學以及熱學性能。理想的石墨烯其所有碳原子均暴露在表面,是真正的表面性固體, 具有超大的比表面積(2630m·2 g-1)，同時具有良好的導電性和導熱性,是很有潛力的儲能材料。

在鋰離子電池應用方面，石墨烯材料有其*的優(yōu)勢:

(1) 石墨烯具有優(yōu)良的導電和導熱特性,亦即,本身已具有了良好的電子傳輸通道,而良好的導熱性能也確保了其在使用中的穩(wěn)定性；

(2)聚集形成的宏觀電極材料中,石墨烯片層的尺度在微納米量級,遠小于體相石墨,使得Li+在石墨烯片層之間的擴散路徑較短；而且片層間距也大于結晶性良好的石墨,更有利于Li+的擴散傳輸。

（3）因此,石墨烯基電極材料同時具有良好的電子傳輸通道和離子傳輸通道,非常有利于鋰離子電池功率性能的提高。

通過優(yōu)化石墨烯復合材料的微觀結構，例如夾層結構或石墨烯片層包覆結構，可進一步提高材料的電化學性能。在正極復合材料中，石墨烯形成的連續(xù)三維導電網(wǎng)絡可有效提高復合材料的電子及離子傳輸能力。此外，相比于傳統(tǒng)導電添加劑，石墨烯導電劑的優(yōu)勢在于能用較少的添加量，達到更加優(yōu)異的電化學性能。

現(xiàn)有的研究表明，純石墨烯材料由于循環(huán)庫侖效率低、充放電平臺較高以及循環(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極材料使用。這主要是由于石墨烯較大的比表面積會導致材料與電解質接觸面積大，材料中存儲的鋰離子與電解質分子會發(fā)生不可逆反應形成SEI膜。同時，碳材料表面殘余的含氧基團與鋰離子發(fā)生不可逆副反應，填充碳材料結構中的儲鋰空穴，造成可逆容量的進一步下降。此外，石墨烯片層極易聚集堆積成多層結構，從而喪失了其因高比表面積而具有的高儲鋰空間的優(yōu)勢。但石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在復合電極材料中可發(fā)揮更大的作用。

由于將石墨烯應用于鋰離子電池可以解決傳統(tǒng)鋰電池能量密度和功率密度難以兼得的問題，石墨烯在鋰離子電池中應用是一個非常有前途的方向。石墨烯可以在多個方面應用于鋰電池中，比如石墨烯復合負極材料，如硅碳復合負極材料；也可以作為鋰電池正負極材料的導電添加劑，還可以涂覆于鋁箔集流體上，形成石墨烯功能涂層鋁箔石。近年來，我國已有不少企業(yè)從事這方面的研究，并取得了積極進展。

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