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石墨烯锂离子电池—锂离子电池材料的调味品

2023-12-09   点击量:163

石墨烯锂离子电池—锂离子电池材料的调味品。目前市面上宣称的“石墨烯电池”是一个不准确的概念,准确的讲基本上都是在材料中加入一点石墨烯,以提高锂离子电池的部分性能,可以叫为石墨烯基锂离子电池。石墨烯可以作为锂离子电池的调味品,但是作为主材就不太适宜了。


石墨烯,是由碳原子组成的单原子层平面薄膜,是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料,因为惟有一层原子,电子的运动被限制在一个平面上,使石墨烯成为了世界上导电性最好的材料。


石墨烯锂离子电池—锂离子电池材料的调味品


1)负极材料


石墨烯由于其神奇的二维结构、优异的电子传输能力以及超大的比表面积等优点极有潜力替代石墨成为新一代锂离子电池负极材料。石墨烯的储锂机制与其他碳材料相近,充电时锂离子从正极脱出经过电解质嵌入碳材料层间形成形成Li2C6,放电时锂离子脱出返回正极。


很多学术研究成果声明石墨烯锂离子电池可逆容量可达500mAh/g以上,以及具有出色的倍率性能。


2)石墨烯作为导电剂


导电剂的首要用途是提高电子电导率,石墨烯是片状结构,与活性物质的接触为点-面接触,可以最大化的发挥导电剂等用途,减少导电剂的用量,从而可以多使用活性物质,提升锂离子电池容量。


理论上,石墨烯的超快导电性能够提高电池的倍率性能,但是事实是石墨烯的单片层结果妨碍了锂离子电池的扩散,尤其是在大倍率充放电时电池内部极化加重,电池放电容量降低。


3)助力高温锂离子电池技术冲破


石墨烯助力的高温锂离子电池技术冲破重要来自三个方面:在电解液中加入特殊添加剂,除去痕量水,防止电解液的高温分析;电池正极选用改性的大单晶三元材料,提高材料的热稳定性;同时,采用新型材料石墨烯,可实现锂离子电池与环境间的高效散热。


4)作正极材料的辅料


从国内动力锂电池两大主流技术—磷酸铁锂离子电池和三元锂离子电池来看,石墨烯包覆磷酸铁锂只能微弱提高充电性能,使充电时间略为减少,而石墨烯包覆三元材料会使材料性能下降,反而是氧化石墨烯性能会有所改善。由于石墨烯本身的昂贵,将这一技术市场化的时候,要考虑成本与效果之间的平衡。


石墨烯成为锂离子电池改性的首选考虑与它能够在锂离子电池重要部件和辅件起用途有重大关系,石墨烯可以作为锂离子电池的调味品,但是作为主材就不太适宜了。因此,石墨烯电池替代锂离子电池成为电动汽车电池的可能性很小,产业化前景渺茫。


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