石墨烯在锂离子电池负极材料的应用详解

随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破，石墨烯的产业化应用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先实现商业化应用的领域可能会是移动设备、特种航天、新能源锂离子电池领域。

纯石墨烯材料由于低、首次循环库仑效率充放电平台较高以及循环稳定性较差，并不能取代目前商用的碳材料直接作为锂离子电池负极材料使用。但石墨烯可以作为一种优异的基体材料在锂离子电池复合电极材料中发挥更大的用途。将石墨烯与天然石墨、碳纳米管、富勒烯等碳材料复合，能利用石墨烯的特殊片层结构，改善材料的力学性能和电子传输能力。同时，掺杂后的石墨烯片层间距增大，供应更多的储锂空间。

此外，石墨烯还可以用于改性其他非碳基负极材料。目前研究的锂离子电池非碳基负极材料重要有锡基、硅基以及过渡金属类为主的电极材料，这类材料具有高理论容量，但其缺点是在嵌锂/脱锂过程中体积膨胀收缩变化明显。石墨烯掺杂改性后的复合材料能改善这两种材料单独使用时的缺点。

●应用优势

1.石墨烯片层柔韧，可有效缓冲金属类电极材料的体积膨胀；

2.石墨烯优异的导电性能可以增强金属电极材料的电子传输能力；

3.石墨烯表面的活化核点能控制在其表面生长的金属氧化物颗粒保持在纳米尺寸，改善材料的倍率性能；

4.复合材料的比容量相关于纯石墨烯有较大提高；

5.金属或金属氧化物的纳米颗粒能保护石墨烯表层，防止电解质插入石墨烯片层导致电极材料剥落现象。

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