石墨烯及其在锂离子电池中的应用研究.pdf

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1、船电技术I综述V01．36No．12016．1石墨烯及其在锂离子电池中的应用研究裴波，侯旭，郭向峰，李文斌，周阳宁(武汉船用电力推进装置研究所，武汉430064)摘要：石墨烯是一种具有单原子层、二维晶体结构的新型碳材料，因其具有高的导电率、大的比表面积、高的化学稳定性能等优点，成为当前锂离子电池领域研究的热点。本文简述了石墨烯的制备方法，重点介绍了石墨烯在锂离子电池中的应用：作为电极材料、或与其他储锂材料复合作为电极材料使用，并对石墨烯锂离子电池的前景作了进一步展望。关键词：石墨烯锂离子电池。胜能中图分类号：TM911文献标识码：A文章编号：1003．486

2、2(2016)01．0066．04ResearchonApplicationoftheGraphenetoLithium·ionBatteriesPeiBo，HouXu，GuoXiangfeng，LiWenbin，ZhouYangning(WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion，Wuhan430064，China)Abstract：Graphene，asanewsingle—layercarbonmaterialwithtwo—dimensionalcrystalstructure,isatopicofintensi

3、veresearchinthefieldoflithium—ionbatteriesowingtoexcellentelectronicconductivity,highsurfaceareaandchemicalstability．Thesynthesismethodsofgrapheneareintrudedbriefly,andtheresearchonthegrapheneandgraphene-basedcompositesaselectrodematerialsforlithium—ionbatteryarehighlightedTherevie

4、woflithium—ionbatterieswithgrapheneisproposedKeywords：graphene；lithium—ionbatteries；properties0引言21世纪，能源和环境已成为当今世界可持续发展的两大主题，为了解决能源危机和环境污染这两大世界难题，各国已投入巨资大力发展新能源和可再生绿色能源。作为新能源的代表，锂离子电池相比镍氢电池、镍镉电池和铅酸电池等二次电池，具有能量密度高、开路电压高、环境友好、使用寿命长、自放电小、安全性优越等显著优点，已被广泛用于3C(ConsumerElectronic，Computer

5、和Communication)电动汽车、电子产品、储能等领域。在锂离子电池各组件单元中，电极材料是锂离子电池的关键，其性能的优劣直接决定了锂离子电池的容量、能量密度和循环寿命等关键性能。因此，开发高性能锂离子电池电极材料，对提高锂离子电池的性能显得尤为重要。收稿日期：2015-09．09作者简介：裴波(1985．)，男，博士，工程师。研究方向：新型电池材料。石墨烯，作为一种新型的碳材料，于2004年被英国Manchester大学的学者首次发现，并因此获得诺贝尔奖[1]。石墨烯具有非常优异的电子导电性(电子迁移率为15000cm2V。1S。)、高的导热系数(约

6、5300Wm。1K。1)、大的比表面(约2600m2g。)和良好的机械性能。石墨烯优异的电子导电性为电池内电子移动提供快速传输通道；高导热系数提高了电池材料的稳定性；其纳米级的二维尺寸缩短了锂离子的迁移路径，从而提高电池的倍率性能。因此，石墨烯在锂离子电池中的应用备受关注。本文简述了石墨烯的制备方法，重点介绍了其在锂离子电池中的应用情况。1制备方法目前常见的制备石墨烯的方法主要有：机械剥离法、化学氧化还原法、化学气相沉积法、切割碳管法等。1．1机械剥离法机械剥离法是将石墨一层层剥离成薄层石v01．36NO．12016．1船电技术I综述墨烯的方法，一般分为胶带

7、剥离和超声剥离。该方法为最初制备石墨烯的方法，操作简单，能保持石墨分子结构，不易产生结构缺陷，而且可获得大面积的高质量石墨烯片，但可控性不强，不易用于大批量制备。Novoselov等【l】利用特殊胶带将高取向的热解石墨进行反复的粘／撕，然后将附有石墨薄片的特殊胶带粘到硅片等基底上，最后用丙酮等有机溶剂去除胶带，从而在硅基底上成功得到单层或少层石墨烯。Lotya等【2J采用超声分散法，将石墨静置于表面活性剂的水溶液中，经过超声分散、高速离心制得石墨烯材料，其中小于5层的石墨烯约占全部材料的40％。相比胶带剥离法，超声剥离法能制备更大量的石墨烯，但受产率影响，难

8、以实现批量制备。1．2化学氧化还原法化学氧化还原法制