石墨烯在锂电池中的应用-石墨烯产业专题

石墨烯在锂电池中的应用

时间:2023-06-19 作者: 来源:中粉石墨烯门户

中国粉体网讯 2010年诺贝尔物理学奖颁给两位石墨烯研究者，在全球范围内掀起石墨烯研究热潮。石墨烯作为一种新型材料，在储能领域有巨大的应用潜力，比如锂电池、锂硫电池、空气电池、储氢、超级电容等方向都可应用。

石墨烯具有超高的电子迁移率、比表面积和拉伸强度，以及优异的柔韧性，不仅可以提高锂电池的能量与功率密度，获得更高的储锂容量和更好的快充性能，而且有助于攻克固态电池的固/固界面技术难题。

硅/石墨烯复合材料制备示意图（来源：万传云等，《锂离子电池用石墨烯改性硅负极材料的研究进展》）

锂金属/石墨烯复合负极材料

石墨烯具有强的机械性能、好的柔韧性和耐化学腐蚀性，可以适应锂金属在电池循环过程中的体积变化和复杂的电化学环境，采用石墨烯改性锂负极有望实现对锂金属的保护。研究发现，石墨烯需要具有多孔结构以及丰富的亲锂位点，才能起到稳定SEI膜的作用，有效抑制锂枝晶生长。同时，叠层次数会影响石墨烯与锂的结合程度以及石墨烯在复合材料中的形貌结构，进而影响石墨烯/锂金属复合材料的电化学性能。

金属氧化物/石墨烯复合负极材料

单纯的金属氧化物作为电池负极材料时，比容量可达700～1000mAh/g，但在充放电过程中，容易出现体积膨胀的现象，电池容量和倍率性能也会随之减少。石墨烯填充在金属氧化物颗粒之间，既能减缓金属氧化物的体积变化，同时良好的导电性能和大的比表面积也能有效增强导电效果，Li+传输速率增大，电导率显著提高。将金属氧化物嵌入石墨烯中构建了全新的三维传输结构，使复合材料的结构更加稳定，有效减少了在充放电过程中的团聚与叠加现象，电池的存储容量进一步得到提高。