石墨烯在锂二次电池中的应用研究进展

李琰

【摘要】由于锂具有很高的能量密度，锂二次电池一直以来被广泛研究并取得了快速的发展，特别是解决当前的能源危机及环境污染问题， 高效的电化学储能器件迫在眉睫。碳基材料是锂电池的重要材料及关键部分。石墨烯是高性能的碳基材料，其具备较好的热学、电学性、力学性能，在锂二次电池中应用有较高的潜力，石墨烯的应用为构建高性能的新型碳电极材料提供了契机。本文分析了不同结构形貌的石墨烯基材料在锂二次电池中的研究进展。

【关键词】石墨烯 锂二次电池 电极材料

【基金项目】河北化工医药职业技术学院院级课题（YZ201703），河北省重点研发计划（17214416）。

【中图分类号】TM912 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）11-0185-02

引言

随着能源危机以及环境的污染，新能源的开发和可循环利用的资源有重要的意义。在这样的时代背景下，相关产业界提出众多能源的新储存模式，其中电化学能源是高效绿色储能中的一种，被广泛研究。由于锂具有很高的能量密度，锂二次电池一直以来被广泛研究并取得了快速的发展，特别是解决当前的能源危机及环境污染问题， 高效的电化学储能器件迫在眉睫。本文分析了不同结构形貌的石墨烯基材料在锂二次电池中的研究进展。

1.石墨烯在锂离子电池负极中的应用

1.1石墨烯基全碳材料

石墨材料是锂离子电池最好的负极材料之一，性能强劲，即使作为单层石墨也有很大研究的前景。有关研究表明石墨烯片层的两侧可以吸附离子，其储锂机理与硬碳材料有一定相似。石墨烯的储锂容量与其他材料相比有一定优势，其片层无规堆叠能达到理论容量的两倍。

石墨烯的制备方法较多，其中有最初的机械制备方法，也有化学制备方法、热解理法等；大规模的制备方法，也是行业比较常用的制备方法，主要是化学还原法制备方法和化学解理法。但是化学还原法存在一定的缺点，易团聚。而化学解理是当前最理想的制备方法，是产业化的更好首选，生产制备工艺简单化。碳基材料是锂电池的重要材料及关键部分。石墨烯是高性能的碳基材料，其具备较好的热学、电学性、力学性能，在锂二次电池中应用有较高的潜力，石墨烯的应用为构建高性能的新型碳电极材料提供了契机。

1.2石墨烯与过渡金属氧化物或合金材料复合

由于其储锂的机制不同，非碳负极材料存在着较为普遍的问题，例如有的非碳基材料粉化和循环性能不高。为了改变这些材料的不足，石墨烯的制备方法也随着研究进行了升级，并不是只有简单的机械混合制备方法，通过合金材料的特殊结构制备，利用改变其微观结构的化学制备方法等。随着发展传统的碳基材料由于性能的局限，难以突破高性能电池的发展，更满足不了新原理的能源器件设计要求，从富勒烯、碳纳米管到石墨烯，石墨烯成为重要的电极材料和储能体系的关键部分。

2.石墨烯在锂离子电池正极中的应用

常用的正极材料电子在活性物质粒子间的导电性较差，正极材料几乎都是半导体材料，依靠本身的导电性并不能发挥更高的性能，由此电池正极需要碳材料作为添加剂，以增强其导电性能。但是添加量过度会降低电池能量密度，电池的寿命也会受影响，因此需要减少添加量，用高性能的添加剂进行替代。石墨烯由于其性能优势，作为导电添加剂为目前最好的应用方向，少量的石墨烯能够有效地提高电子电导率，石墨烯被学术界及行业界认为是替代传统导电剂的重要材料。

结论

石墨烯作为高性能的碳基材料，有较好的电学性能以及良好的热学和力学，但是石墨烯在我国的研究还处于初步阶段，尚有很大的发展空间。石墨烯作为碳基材料的基础混合材料，是高性能碳电极材料的基本材料，可研究的方向比较多，因此，还需要更多方面的深入研究，特别是锂硫电池的商业化应用，还需要很多方面的研究去突破。石墨烯的制備方面，同方法制备的石墨烯的理化性质存在较大差异。低成本商业化必然要改善制备方法，降低成本，以便大量的推广应用。在石墨烯应用于电极材料过程中，还有很多难题需要攻克，比如缺乏一个重要的电压平台作为锂离子电池负极材料，这大大限制了它的实际应用。储能装置方面也限制了石墨烯电极材料的应用，因此当前如何最大限度地提高石墨烯的性能也是当前研究的难点。

参考文献：

[1]闻雷，陈静，罗洪泽，李峰.石墨烯在柔性锂离子电池中的应用及前景[J].科学通报.2015（07）

[2]赵廷凯，邓娇娇，折胜飞，李铁虎.碳纳米管和石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用[J].炭素技术.2015（03）

[3]周晓航，范志明，于灏，周静.石墨烯在锂离子电池电极材料的应用进展[J].新材料产业.2015（11）