鉅大LARGE | 點擊量：1736次 | 2021年07月15日
石墨烯鋰離子電池原理,石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料的使用
石墨烯鋰離子電池原理，石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料的使用。隨著傳統(tǒng)燃煤發(fā)電對環(huán)境的污染，以及核電的安全問題等原由，近年來太陽能光伏行業(yè)作為一種新型綠色能源越來越受到人們的重視。目前，關(guān)于石墨烯材料在發(fā)電和儲能范疇的研宄重要聚集于利用石墨烯替代碳作為鋰離子電池和超級電容器的電極材料。但是，還未有筆直利用石墨烯作為發(fā)電和電池器件重要功能部件的研宄。本篇文章就解析石墨烯鋰離子電池原理及在鋰離子電池負(fù)極材料的使用。
石墨烯鋰離子電池原理
石墨烯，是由碳原子組成的單原子層平面薄膜，厚度僅為0.34納米，單層厚度相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的十五萬分之一。是目前世界上已知的最輕薄、最堅硬的納米材料，透光性好，能折疊。自問世以來，就因為其強大的導(dǎo)電性能被看做革命性的儲能材料，按照新國標(biāo)測試，其循環(huán)壽命達4000次以上，使用溫度范圍從零下30攝氏度至零上70攝氏度。在保證一定續(xù)駛里程的基礎(chǔ)上，可實現(xiàn)大電流快速充電和超長的循環(huán)使用壽命。
銅離子具有雙重正電荷，穿過溶液的速度約每秒300米，因為溶液在室溫下的熱能量。當(dāng)鋰離子猛厲撞入石墨烯帶時，碰撞會萌生足夠的能量，使不在原位的電子離開石墨烯。電子有兩種選擇：可以離開石墨烯帶，和銅離子結(jié)合，也可以穿過石墨烯，進入電路。
流動的電子在石墨烯中更快，超過它穿過溶液的速度，所以電子自然會選擇路徑，穿過電路。釋放的電子更傾向于穿過石墨烯表面，而不是進入電解液。設(shè)備就是這樣萌生電壓的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
石墨烯鋰離子電池正負(fù)極材料方面的優(yōu)點
1)石墨烯具有超大的比表面積(2630m2/g)，可降低鋰離子電池極化，從而減少因極化造成的能量損失。
2)石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，即具備良好的電子傳輸通道和穩(wěn)定性。
3)石墨烯片層的尺度在微納米量級，遠(yuǎn)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。
石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料的使用
隨著批量化加工以及大尺寸等難題的逐步?jīng)_破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化使用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實現(xiàn)商業(yè)化使用的范疇可能會是移動設(shè)備、特種航天、新能源鋰離子電池范疇。
純石墨烯材料由于低、首次循環(huán)庫侖效率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筆直作為鋰離子電池負(fù)極材料使用。但石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在鋰離子電池復(fù)合電極材料中發(fā)揮更大的用途。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復(fù)合，能利用石墨烯的特殊片層結(jié)構(gòu)，改善材料的力學(xué)性能和電子傳輸能力。同時，摻雜后的石墨烯片層間距增大，供應(yīng)更多的儲鋰空間。
此外，石墨烯還可以用于改性其他非碳基負(fù)極材料。目前研究的鋰離子電池非碳基負(fù)極材料重要有錫基、硅基以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/脫鋰過程中體積膨脹收縮變化分明。石墨烯摻雜改性后的復(fù)合材料能改善這兩種材料單獨使用時的缺點。
●使用優(yōu)點
1.石墨烯片層柔韌，可有效緩沖金屬類電極材料的體積膨脹；
2.石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能可以加強金屬電極材料的電子傳輸能力；
3.石墨烯表面的活化核點能控制在其表面生長的金屬氧化物顆粒保持在納米尺寸，改善材料的倍率性能；
4.復(fù)合材料的比容量相關(guān)于純石墨烯有較大提高；
5.金屬或金屬氧化物的納米顆粒能保護石墨烯表層，戒備電解質(zhì)插入石墨烯片層導(dǎo)致電極材料剝落現(xiàn)象。
石墨烯在鋰離子電池電極材料展現(xiàn)的優(yōu)點是該范疇較為關(guān)注的一個方面，為使電極材料性能發(fā)揮其本身具有的高容量潛力該辦法將是較為可行的辦法。在實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化加工單層或幾層石墨烯材料后，石墨烯將在鋰電范疇大展拳腳。將來的石墨烯鋰離子電池應(yīng)當(dāng)會有更好的表現(xiàn)和更低的價格，對此值得期望。
