石墨烯在锂离子电池电极材料的应用研究-第2页-北极星储能网

投稿

我要投稿

（1）正极材料的比表面积和形貌结构

根据文献，石墨烯可以增加电极的表面积。虽然还原氧化石墨烯的表面积（420～684m2/g）远远小于理论值2630m2/g。

Li3V2(PO4)3/C/rGO（156m2/g）电极材料的表面积仍然远远大于Li3V2(PO4)3/C（9.0～27m2/g），Li3V2(PO4)3/rGO（16.8m2/g）和无任何其他材料添加的Li3V2(PO4)3（3.2m2/g）表面积。形貌方面，石墨烯在正极复合材料中可以形成3D电子导电网络。目前还没有专门对于如何获得一个完全混合或附着的石墨烯复合正极的研究，但是在氧化石墨烯上的亲水性含氧基团（环氧化合物，金属氢氧化物，羧酸基团）可以作为附着点，从而使纳米颗粒附着在氧化石墨烯表面和边缘。因此，相比于纯石墨烯，氧化石墨烯和还原氧化石墨烯更容易形成一个附着结构而不是混合的结构。LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2(NCM)NCM与官能化的多壁碳纳米管之间反应并形成活性颗粒层，阻碍了Li的插入与脱嵌，最终导致较差的电池容量。所以可以知道复合材料结构不止依靠氧化度，也受活性正极材料的影响。

（2）正极材料的电化学性能

LiFePO4/石墨烯复合正极材料的性能见表2。

由于石墨烯的加入，提高了电子导电率，LiFePO4/石墨烯复合材料表现出更好的倍率性能。尤其充放电容量在大放电率下（到50C）可以显著增加。阻抗测试表明，石墨烯可以降低电荷转移电阻。需要注意，一些高电子导电率的碳材料代替一部分石墨烯可以更有效地减小这个电荷转移电阻。除了石墨烯，添加少量的无定形碳也可以增加倍率性能。而且研究人员还发现用少量葡头糖衍生碳代替石墨烯可以改善电极材料的电化学表现，这是因为葡头糖衍生碳可以在合成过程中预防石墨烯片层互相叠加。有文献指出，2%石墨烯与LiFePO4的复合材料，相比含1%或4%石墨烯的LiFePO4复合材料有更好的充电容量。石墨烯与LiFePO4的复合材料相比LiFePO4，表现出更好的循环充放电寿命。除了石墨烯的引入，减小颗粒尺寸也是必要的方法来增加倍率性能和充电容量，还有添加电化学添加剂来改善电子导电率以及掺杂、电子导电剂的混合技术和尺寸、石墨烯纳米片的导电性和分布情况等方面都可以影响材料的电化学性能。

3.负极材料发展情况

常见的锂离子电池的负极材料有，石墨、软碳、中相碳微球、硬碳、碳纳米管、富勒烯（C60）等。嵌锂石墨离子型化合物分子式为LiC6。根据报道，日本的HondaResearchandDevelopment公司利用PPP－700作为负极，可逆容量高达680mAh/g。美国MIT研发的PPP－700储锂容量可达1170mA˙h/g。在锂离子电池中，碳材料作为负极存在电压滞后和循环容量逐渐下降等问题，即嵌锂反应在0～0.25V（相对于Li＋／Li）之间发生，而脱锂反应则在1V（相对于Li＋／Li）左右进行，经过反复充放电后，碳材料的孔隙结构坍塌，容量明显下降。因此，制备高循环寿命、高纯度和与Li＋／Li电位相近的负极材料一直是研究人员的研发的方向。

过渡金属氧化物现在已经成为另一种可替代碳材料的负极材料。他们有非常高的Li储存能力。在这些金属氧化物中，三氧化二铁（Fe2O3）又以其高理论容量（924mAh/g）、低成本和低环境影响，吸引了很多研究者和制造业者的关注。然而，Fe2O3作为锂离子电池中的负极材料，有非常差的循环充放电表现。这是由于在锂离子插入/脱嵌过程中，Fe2O3发生团聚和巨大的体积变化导致的。一种有效的方法是涂抹碳质材料在Fe2O3上，来缓冲它的体积膨胀，从而提高Fe2O3的电化学性能。根据文献，许多石墨烯基金属氧化物材料作为锂离子电池负极材料已被报道，如Fe2O3、四氧化三铁（Fe3O4），二氧化钛（TiO2），氧化锡（SnO2），四氧化三钴（Co3O4），四氧化三锰（Mn3O4）。

有报道的水热法制备的Fe2O3/石墨烯复合材料表现出了更高的可逆容量（660mAh/g经过100次的循环充放电，在160mA/g的电流密度下）和较高的倍率性能，循环性能优越于Fe2O3和石墨烯电极。超声辐射下制备的剥离氧化石墨烯/Fe3O4复合材料有非常均匀的Fe3O4颗粒附着在氧化石墨烯上。作为锂离子电池的负极材料，它有非常好的循环性。通过水热法制备的Co3O4/石墨烯纳米复合材料展现了非常高的循环性能和容量，它的可逆容量达到了906.6mAh/g，并在50次循环后保持93.1%的容量。

4.石墨烯电池产品和技术专利分析

表3总结了现有石墨烯电池产品。这些产品的亮点都为充电快和高容量。

三、结语

石墨烯的高导电、导热性、低电阻率、高强度和硬度，以及易与其他材料合成的双面开放的结构特性，将有希望大幅度提高现有锂离子电池的性能。根据许多石墨烯锂离子电池的研究进展可以发现，石墨烯在改善锂离子电池性能方面的潜能。石墨烯与锂离子电池的正极材料复合，可以增加电极材料的比表面积、改善导电率从而提高材料的有效容量。与金属氧化物复合可以增加材料的导电率，由于石墨烯本身的结构特性可以避免金属氧化物在充放电过程中的体积膨胀，从而增加材料的稳定性，提高材料的充放电寿命。

现阶段，石墨烯本身质量难以达到无缺陷和100%的单层率，导致石墨烯锂离子电池的性能，无法到达预期的性能。但是在石墨烯制备技术不断发展的趋势下，石墨烯质量较之前有大幅度提升，我们可以预期未来的石墨烯电池的性能将有更大幅度的性能提升。

充电运营商深度大调查：盈利的时代已破晓而来

石墨烯查看更多>锂离子电池查看更多>正极材料查看更多>

姓名：
性别：
出生日期：
邮箱：
所在地区：
行业类别：
工作经验：
学历：
公司名称：
任职岗位：

石墨烯在锂离子电池电极材料的应用研究

充电运营商深度大调查：盈利的时代已破晓而来

登录注册

绑定账号

想要获取更精准资讯推荐？建议您完善以下信息~

订阅成功

想要获取更精准资讯推荐？建议您
完善以下信息~