石墨烯在鋰離子電池中的應用

1、石墨烯在鋰離子電池中的應用摘要:鋰離子電池中的應用爭辯進展。引言 鋰離子電池具有開路電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、無污染以及自放電率小等優(yōu)點，成為近年來爭辯進展快速的一代二次電池之 壓，性能穩(wěn)定。但其比容量較小，每6 個碳原子與一個鋰離子形成LiC 構(gòu)造存儲6372mAh/g池高比能量、高比功率的需求。2022到了廣泛關(guān)注。這種單層碳原子厚度的二維碳材料具有大理論比外表積2600m2/g)和蜂窩狀空穴構(gòu)造，因而有較高的儲鋰力量。此外，材料本身的高電子遷移率(15000cm2/(Vs)，突出的導熱性能(3000W/(mK)，良好的化學1.01TPa)，使其作為復合電極材料的基體更具

2、有突出優(yōu)勢。石墨烯的構(gòu)造和性質(zhì)石墨烯是只有一個碳原子層厚度的石墨，具有抱負的二維晶體構(gòu)造，碳原子通過sp2雜化成鍵，與四周其他三個碳原子以CC單鍵相連，同時每個碳原子剩有一個垂直于石墨烯平面的pp電子在與平面垂直的方向形成軌圖1 石墨烯構(gòu)造示意圖但是，二維晶體在熱學上不穩(wěn)定，透射電鏡觀看及電子衍射分析說明單層石以單片層存在。石墨烯只有一個碳原子厚度，并且是己知材料中最薄的一種，然而卻格外結(jié)實堅硬，它比鉆石還強硬，其強度比鋼鐵還高100倍。石墨烯也是目前己知導電性能最精彩的材料，其電子的運動速度到達了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。此外，石墨烯還具有很多優(yōu)異的性能:如較高

3、的楊氏模等儲能器件的電極材料。石墨烯在負極材料中的應用石墨烯作為負極材料的電化學性能在2022/石墨材料，石墨烯是以單片層單原子厚度的碳原子無序松散聚攏形成，這種構(gòu)造有利于鋰離子的插入，在片層雙面都能儲存鋰離子，形成Li C 構(gòu)造，理論2 6容量(744mAh/g)明顯提高。爭辯者進一步通過分子軌道理論計算覺察0.7nm石墨空穴中，這種層間距也能有效防止電解質(zhì)進入片層間，發(fā)生形成SEI膜的不行逆的電化學性能。石墨烯的電化學性能通過化學復原法獲得的石墨烯在溶劑中易團聚，導致片層的層數(shù)增加。這種致密積存的厚石墨烯片層阻礙了鋰離子的集中作用，造成嵌鋰/脫鋰過程中的遲會導致材料的比容量降低。Honma

4、等制備出厚度為37nm(1020層)的石墨烯， 作為鋰離子電池的負極材料在50mA/g540mAh/g的可20290mAh/g。實際應用價值。子的傳輸和集中，同時也因免去使用粘結(jié)劑和導電添加劑而簡化了電池組裝步1/3C率僅為50%，其緣由可能是石墨烯具有的大的比外表積導致其與電解質(zhì)接觸面積變大，形成SEI膜的不行逆反響造成材料的不行逆容量增大。通過熱膨脹氧化石墨的方法能有效避開化學復原法造成的石墨烯團聚積存的現(xiàn)象，獲得厚度約4層，比外表積為492.5m2/g的石墨烯。在100mA/g的電流密度下首次循環(huán)的脫鋰比容量高達1264mAh/g，且循環(huán)性能良好，40次循環(huán)后容量848mAh/g論容量的

5、儲鋰機理還需進一步分析證明?？梢?，不同爭辯者制備的石墨烯的電化學性能差距較大，也說明關(guān)于石墨烯SEI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。石墨烯改性負極材料及過渡金屬類為主的電極材料，這類材料具有高理論容量，但其缺點是在嵌鋰/ 墨烯與被改性材料之間的協(xié)同效應。復合材料的構(gòu)造以及電化學性能優(yōu)勢主要表達在以下幾個方面:(1)石墨烯 (2)增加石墨烯的比外表積，從而增加石墨烯材料的儲鋰容量；(4)金屬或金屬氧化極材料剝落現(xiàn)象，從而改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。石墨烯在正極材料中的應用外表積的特別構(gòu)造以及其優(yōu)異的電子傳輸力量，能有效改善正極材料的導電性LiFePO170mAh/g，低本錢，低毒

6、性的優(yōu)4點。但其電導率低(109 s/cm2)，鋰離子集中差(10141016cm2/s)，導致高倍率充放電時容量衰減很快。將石墨烯與LiFePO 4電性能，可以提高材料的倍率性能。已有爭辯人員通過水熱法和共沉淀法制備LiFePO/LiFePO44沒有很大改善。此外，有爭辯者將LiFePO ( LFP)納米顆粒、氧化石墨在溶液中4超聲混合，噴霧枯燥后燒結(jié)獲得LiFePO /石墨烯復合材料(LFP/G)。復合材料的4電鏡圖片(圖2)說明石墨烯(G)很好地包覆在LiFePO2nm左右，約345層石墨烯堆疊，并形成連續(xù)的片層構(gòu)造，且LiFePO245nm。由于合成材料的微觀形貌構(gòu)造更加規(guī)整，且相比于

7、其他碳材料改性LiFePO4電性能。這種材料經(jīng)過進一步碳包覆后獲得的碳包覆LiFePO /石墨烯復合材料4(LFP/(G+C)在60C高倍率條件下嵌鋰比容量仍保持在70mAh/g左右。同時，復合1000次后，嵌鋰比容量仍保持在110mAh/g。LFP/(G+C)復合材料LFP納米顆粒局部TEM圖結(jié)語石墨烯因其特別的片層構(gòu)造，相比傳統(tǒng)的碳負極材料，可以供給更多的儲鋰空間。作為鋰離子電池的電極主要有以下幾個優(yōu)點：1石墨烯具有很高的電底；2石墨烯能有效地降低活性材料的尺寸，防止納米顆粒的團聚，提高復應。目前在鋰離子電池領(lǐng)域應用仍舊存在一些問題：1石墨烯制備過程中片層簡潔積存，降低了理論容量；2首次循

8、環(huán)庫倫效率較低，大量鋰離子嵌入后無法脫出，降低電解質(zhì)和正極材料的活性；3充放電平臺較高，存在電壓滯后現(xiàn)象；4鋰離子的重復嵌脫使得石墨烯片層構(gòu)造更加致密，鋰離子嵌脫難度加大而使得循環(huán)容量降低。難，使其在鋰離子電池領(lǐng)域的實際應用還有較大的距離。參考文獻 24(3): 21072118NovoselovKS，GeimAK，MorozovSV，JiangD，ZhangY，DubonosSV，GrigorievaI V，F(xiàn)irsov A AScience，2022，306:6666693ChaeHK，Siberio-PrezDY，KimJ，GoYB，EddaoudiM，MatzgerAJ，OKeeffeM，Yaghi O M Nature，2022，427:5235274 Zhang Y B，Tan Y W，Stormer H L，Kim PNature，2022，438: 2012045SuzukiT，HasegawaT，MukaiSR，TamonHCarbon，2022，41:19331939 J，HosonoE，ZhouHS，KudoT，HonmaINanoLet，2022，8:227722827WangCY，LiD，TooCO，WallaceGGChemMater，2022，21:26042606 LianPCZhuXFLiang