石墨烯作為鋰電池負極材料的優勢

來源：存能電氣  日期：2019-07-12 14:48  瀏覽量：次

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

　　石墨烯作為鋰電池負極材料的優勢

　　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.石墨烯具有優良的導電和導熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩定性。

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

　　石墨烯因其高導電、導熱效應等而備受儲能領域的關注，其復合材料用作鋰電池負極材料是顯著提升了鋰電池的電化學性能。

　　石墨烯負極材料的發展前景

　　石墨烯由于其獨特的二維結構、優異的電子傳輸能力以及超大的比表面積等優勢極有潛力替代石墨成為新一代鋰電池負極材料。石墨烯的儲鋰機制與其他碳材料相似，充電時鋰離子從正極脫出經過電解質嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時鋰離子脫出返回正極。

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

　　目前負極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，這兩種石墨各有優劣。如果將石墨烯用作鋰電負極材料的話，需要獨立的上下游產業鏈、昂貴的價格還有復雜的工藝，這讓眾多負極材料廠商望而卻步。

　　在正極復合材料中，石墨烯二維高比表面積的特殊結構及優異的電子傳輸能力，能有效改善正極材料的導電性能，提高鋰離子的擴散傳輸能力。相比于傳統導電添加劑，石墨烯導電劑的優勢在于能用較少的添加量，達到更優異的電化學性能。此外，也有石墨烯包覆正極材料如磷酸鐵鋰，錳酸鋰的相關報道。

　　負極材料方面，純石墨烯材料由于首次循環庫侖效率低、充放電平臺較高以及循環穩定性較差，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。但石墨烯可以作為一種優異的基體材料在鋰電池復合電極材料中發揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復合，能利用石墨烯的特殊片層結構，改善材料的力學性能和電子傳輸能力。同時，摻雜后的石墨烯片層間距增大，提供更多的儲鋰空間。

　　鋰電池負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形成的新型碳材料,具有很多優異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導熱系數（約5300Wm-1K-1）、高電子導電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機械性能，被作為鋰電池材料而備受關注。石墨烯直接作為鋰電池負極材料時，具有非常可觀的電化學性能。

　　石墨烯電池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，在鋰離子電池正極材料和負極材料領域極具應用潛力。負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性能方面起到了重要作用。