到后來,逐漸展開出了導(dǎo)電碳纖維這一類具有一維結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電劑,由于其纖維狀結(jié)構(gòu),增大了與電極材料顆粒的接觸,大大前進(jìn)了電極的導(dǎo)電性,下降了極片電阻。
最近火熱的石墨烯材料,現(xiàn)在也逐漸成為鋰離子電池的新式導(dǎo)電材料,由于石墨烯具有二維的片層狀結(jié)構(gòu),極大的添加了電極顆粒之間的接觸,前進(jìn)了導(dǎo)電性,并下降了導(dǎo)電劑的用量,前進(jìn)了鋰離子電池的能量密度。
石墨烯是一種一起的二維材料,石墨烯的呈現(xiàn)改變了人們對(duì)單層原子不能安穩(wěn)存在的知道,石墨烯一起的物理和化學(xué)特性使得其成為了材料界的新寵,近年來關(guān)于石墨烯的理論、制備研討現(xiàn)已成為了國內(nèi)外研討的熱門。
鋰離子電池是現(xiàn)在比能量最高的二次電池之一,具有優(yōu)異的循環(huán)和倍率功用,是便攜電子設(shè)備和動(dòng)力電源的首選,特別是近年國家大力推動(dòng)展開的電動(dòng)汽車,由于鋰離子電池具有十分優(yōu)異的概括功用,因此成為動(dòng)力電池的首選。
石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域的運(yùn)用現(xiàn)在現(xiàn)已走出實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)入到了實(shí)用化的階段,運(yùn)用石墨烯高的導(dǎo)電性,將石墨烯添加到鋰離子電池中作為導(dǎo)電劑,下降鋰離子電池的內(nèi)阻,并下降電池中導(dǎo)電劑的用量,是現(xiàn)在石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域運(yùn)用的首要方向。
石墨烯的制備首要分為物理方法和電化學(xué)方法,物理方法例如機(jī)械剝離法,硅外延生長法等,化學(xué)方法比較適宜批量出產(chǎn),例如氧化石墨熱膨脹恢復(fù)法,低溫法等。
機(jī)械玻璃方法是最早制備獲得石墨烯的方法,2004年Geim等人就經(jīng)過膠帶粘貼的方法,從高定向石墨別離獲得了單層的石墨烯,并且由于這一杰出貢獻(xiàn)而獲得了2010年的諾貝爾獎(jiǎng)。
機(jī)械剝離法首要需要用離子束在高定向裂解石墨上刻槽,然后在上面貼上光刻膠,然后進(jìn)行烘焙,然后運(yùn)用膠帶重復(fù)撕揭,然后將石墨放入丙酮中進(jìn)行超聲處理,將單層的石墨烯撈出,這種方法的長處是產(chǎn)品可以堅(jiān)持外媒的晶體結(jié)構(gòu),缺陷少,缺陷也是清楚明晰的,出產(chǎn)功率極低。
硅外延生長法也是常用的制備石墨烯的物理方法,該方法首要是用電子束轟擊經(jīng)過氧化或許H2處理的SiC單晶片,除掉表面的氧化物,再運(yùn)用高溫將表面層中的Si原子蒸發(fā),剩余的C原子會(huì)發(fā)生重構(gòu),在SiC的表面生成石墨烯。
氧化石墨的熱膨脹恢復(fù)法是常用的化學(xué)制備石墨烯的方法,也是現(xiàn)在完成工業(yè)化出產(chǎn)的方法,該方法是將鱗片石墨經(jīng)過一系列的氧化反應(yīng)獲得氧化石墨,再經(jīng)過恢復(fù)就可以制得石墨烯。
首要原理是運(yùn)用石墨與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)使得石墨的層間隔變大,類似于爆米花的過程。該方法可以廉價(jià)的許多制備石墨烯,但是由于在恢復(fù)過程中存在不充分的問題,因此導(dǎo)致該方法制備的石墨烯材料導(dǎo)電性稍差,并且石墨烯表面存在的官能團(tuán)可能會(huì)影響到鋰離子電池功用的發(fā)揮。
石墨烯單獨(dú)作為負(fù)極材料時(shí),盡管其初始容量較高,但是跟著充放電,電池的容量快速衰減,這可能是較大的比表面積,以及較多結(jié)構(gòu)缺陷,使得石墨烯與電解液之間的副反應(yīng)較多,然后導(dǎo)致不可逆容量較高。
因此現(xiàn)在鋰離子電池中石墨烯的運(yùn)用首要會(huì)集在石墨烯作為導(dǎo)電劑添加,以前進(jìn)導(dǎo)電性,以及制備石墨烯復(fù)合材料。例如石墨烯與Si材料結(jié)合,Zhao等制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的Si-G復(fù)合材料,在8A/g的電流密度下,比容量抵達(dá)1100mAh/g,相當(dāng)于8分鐘充溢,而在1A/g的電流密度下,比容量高達(dá)3200mAh/g。
跟著石墨烯制備技術(shù)的逐漸老到,出產(chǎn)成本不斷下降,石墨烯作為導(dǎo)電劑運(yùn)用在鋰離子電池上現(xiàn)已進(jìn)入到實(shí)踐運(yùn)用階段。