石墨烯是什么，石墨烯材料在锂电池储能领域的应用
- 发布时间：2020-04-16 20:03
石墨烯是什么，石墨烯材料在锂电池储能领域的应用
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石墨烯是单层碳原子，本身可以作为锂电池负极材料；同时由于石墨烯的优异机械性能和导电性能，也常用来与其他负极材料复合来改善电极性能。石墨烯作为一种由石墨制备的新型碳质材料，单层或者薄层石墨在化学电源里的应用潜力也备受关注。
关于石墨烯材料在锂电池中的应用，研制了石墨烯改性LiFePO4/liMnPO4锂离子电池正极材料和石墨烯改性锂离子电池负极材料，组装了石墨烯锂离子电池典型测试试样，石墨烯的添加显著提高了锂离子电池的能量密度和功率密度，减小了电池充电时间，提高了电池续航能力，石墨烯锂离子电池展现出优异的循环特性。
石墨烯一般指单片的石墨，单原子厚度0.2-0.5nm。单片的石墨烯具有机械强度高、比表面积大、电学性能优异等特点，常应用于储能、液晶显示器、透明电极等领域。研究表明，通过向锂充电电池的电极中添加少量石墨烯，不仅可以保持原来的能量密度，还能大幅度提高输出功率密度。
石墨烯构建包覆磷酸铁锂纳米颗粒的高效三维导电网络，显著提高了磷酸铁锂正极材料的电化学性能，此外，采用石墨烯涂层铝箔作为锂电池的集流体，代替传统炭黑涂层，在不影响电池容量的前提下，可以降低并稳定电池内阻，同时还能提高电池的散热能力，延长电池寿命。
石墨烯材料在锂电池储能领域的应用
一是石墨烯在锂电池中可以直接用作负极材料或者正负极复合材料，但由于成本高、造价大，暂时还难以推广；
二是石墨烯涂层应用在正极集流体的铝箔，能有效减少极化，提高倍率性能，尤其对于现行的高比能量、高电压体系的三元电池而言，石墨烯材料能有效提升电池的循环寿命；
三是石墨烯作为正极导电剂来使用，在材料制备过程中，充分利用石墨烯的导电网络特性来修饰正极材料；
四是在传统导电剂及高端多元化的导电剂应用领域，石墨烯以其优良的导电特性，扮演着重要的角色：作为柔性薄片，在活性物质之间形成了面与点的接触，为了更好的提升电极片的导电性，在工业化生产应用中，经常让石墨烯与导电碳黑来混合使用，从而实现点与点，点与面的充分接触。
石墨烯作为基底材料可以很好的负载活性物质，控制材料的尺寸，提高电极的导电性，收束材料体积膨胀，提高电池性能；在集流体上的涂覆可以保护集流体，延长使用寿命，减少极化，提升倍率特性；在动力电池中，作为导电剂添加剂，有利于提高极片的压实密度，提高材料的导电性。
我国是锂电池最主要的生产国之一。2014年，我国锂电池产量达52.87亿只，占全球总产量的71.2%，已连续10年位居全球首位。截止至2018年底，我国锂电池产量达到139.87亿只，比2014年增长了一倍多。伴随锂电池生产厂家在技术上的革新，性能和安全性的提升，人们对锂电池的需求仍会不断增长，预计到2024年，我国锂电池行业市场规模将超过1500亿元。
石墨烯在新型储能材料上具有独特的优势和巨大的潜力，应用前景非常广阔。相比于其他国家，我国石墨烯研发主要集中在石墨烯制备及其在锂离子电池电极中的应用，而在制备半导体器件方面的专利相对较少。当前我国石墨烯发展正处于从实验室走向产业化的关键时期，应打造先导产业，推动石墨烯产业做大做强。
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