[產(chǎn)品庫(kù)]主題： 石墨烯作為鋰離子電池材料特點(diǎn)-石 ... 發(fā)布者： 湯經(jīng)理
08/19/2016
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石墨烯作為鋰離子電池材料特點(diǎn)-石墨制品
石墨烯是只有一個(gè)碳原子層厚度的石墨，具有理想的二維晶體結(jié)構(gòu)，碳原子通過(guò)SP2雜化成鍵，與周圍其他三個(gè)碳原子以C—C單鍵相連，同時(shí)每個(gè)碳原子剩有一個(gè)垂直于石墨烯平面的p電子，未成對(duì)的p電子在與平面垂直的方向形成π軌道，可以在石墨烯晶體結(jié)構(gòu)中自由移動(dòng)，從而使得石墨烯石墨制品具有良好的導(dǎo)電性能。
但是，二維晶體在熱學(xué)上不穩(wěn)定，透射電鏡觀察及電子衍射分析表明單層石墨烯并不是完全平整的，而是呈現(xiàn)出本征的微觀的不平整，在平面方向發(fā)生角度彎曲。掃描隧道顯微鏡觀察表明納米級(jí)別的褶皺出現(xiàn)在單層石墨烯表面及邊緣。這種褶皺起伏變化可以導(dǎo)致靜電的產(chǎn)生，從而使得石墨烯在宏觀易于聚集，很難以單片層存在。 石墨烯只有一個(gè)碳原子厚度，并且是己知材料中至薄的一種，然而卻非常牢固堅(jiān)硬，它比鉆石還強(qiáng)硬，其強(qiáng)度比鋼鐵還高100倍。石墨烯也是目前己知導(dǎo)電性能至出色的材料，其電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。此外，石墨烯還具有許多優(yōu)異的性能:如較高的楊氏模量、熱導(dǎo)率、較高的載流子遷移率、巨大的比表面積、鐵磁性等等。這些優(yōu)越的性質(zhì)及其特殊的二維結(jié)構(gòu)使得科學(xué)家認(rèn)為石墨烯擁有非常美好的發(fā)展前景。其中在儲(chǔ)能領(lǐng)域，石墨烯可以作為鋰離子電池、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池和燃料電池等儲(chǔ)能器件的電極材料。
石墨烯作為鋰離子電池的電極主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
第一：
石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性,具有良好的電子傳輸通道, 而良好的導(dǎo)熱性能也確保了其在使用中的穩(wěn)定性
第二：
石墨加工的石墨烯片層間距大于結(jié)晶性良好的石墨，使得鋰離子在石墨烯片層之間的擴(kuò)散通暢，有利于鋰離子的擴(kuò)散傳輸。因此，石墨烯基電極材料同時(shí)具有良好的電子傳輸通道和離子傳輸通道，非常有利于鋰離子電池功率性能的提高；
第三：
石墨烯是單層碳原子，上下表面均可以存儲(chǔ)鋰離子，并且由于制備過(guò)程中引入了缺陷、邊緣懸掛鍵等，這些位臵均可以存儲(chǔ)鋰離子，所以存儲(chǔ)容量大大提高了
第四：
嵌鋰電位高，充放電曲線陡峭，沒(méi)有明顯的電壓平臺(tái)，存在電壓滯后現(xiàn)象。
此外，石墨烯/金屬(金屬氧化物)復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料也有一定的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和性能優(yōu)勢(shì)。在鋰離子的脫插過(guò)程中，石墨烯穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)緩沖了金屬氧化物晶格的膨脹，減少了鋰離子脫插過(guò)程對(duì)材料晶格的破壞，從而延長(zhǎng)材料的循環(huán)壽命；另一方面，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨烯在復(fù)合材料中起到導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的作用，極大的提供高了鋰離子在材料的遷移速率，從而提高了材料的倍率性能。
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最后更新: 2016-08-19 10:59:24
