到后來,逐漸展開出了導電碳纖維這一類具有一維結構的導電劑,由于其纖維狀結構,增大了與電極材料顆粒的接觸,大大前進了電極的導電性,下降了極片電阻。
最近火熱的石墨烯材料,現在也逐漸成為鋰離子電池的新式導電材料,由于石墨烯具有二維的片層狀結構,極大的添加了電極顆粒之間的接觸,前進了導電性,并下降了導電劑的用量,前進了鋰離子電池的能量密度。
石墨烯是一種一起的二維材料,石墨烯的呈現改變了人們對單層原子不能安穩存在的知道,石墨烯一起的物理和化學特性使得其成為了材料界的新寵,近年來關于石墨烯的理論、制備研討現已成為了國內外研討的熱門。
鋰離子電池是現在比能量最高的二次電池之一,具有優異的循環和倍率功用,是便攜電子設備和動力電源的首選,特別是近年國家大力推動展開的電動汽車,由于鋰離子電池具有十分優異的概括功用,因此成為動力電池的首選。
石墨烯在鋰離子電池領域的運用現在現已走出實驗室,進入到了實用化的階段,運用石墨烯高的導電性,將石墨烯添加到鋰離子電池中作為導電劑,下降鋰離子電池的內阻,并下降電池中導電劑的用量,是現在石墨烯在鋰離子電池領域運用的首要方向。
石墨烯的制備首要分為物理方法和電化學方法,物理方法例如機械剝離法,硅外延生長法等,化學方法比較適宜批量出產,例如氧化石墨熱膨脹恢復法,低溫法等。
機械玻璃方法是最早制備獲得石墨烯的方法,2004年Geim等人就經過膠帶粘貼的方法,從高定向石墨別離獲得了單層的石墨烯,并且由于這一杰出貢獻而獲得了2010年的諾貝爾獎。
機械剝離法首要需要用離子束在高定向裂解石墨上刻槽,然后在上面貼上光刻膠,然后進行烘焙,然后運用膠帶重復撕揭,然后將石墨放入丙酮中進行超聲處理,將單層的石墨烯撈出,這種方法的長處是產品可以堅持外媒的晶體結構,缺陷少,缺陷也是清楚明晰的,出產功率極低。
硅外延生長法也是常用的制備石墨烯的物理方法,該方法首要是用電子束轟擊經過氧化或許H2處理的SiC單晶片,除掉表面的氧化物,再運用高溫將表面層中的Si原子蒸發,剩余的C原子會發生重構,在SiC的表面生成石墨烯。
氧化石墨的熱膨脹恢復法是常用的化學制備石墨烯的方法,也是現在完成工業化出產的方法,該方法是將鱗片石墨經過一系列的氧化反應獲得氧化石墨,再經過恢復就可以制得石墨烯。
首要原理是運用石墨與強氧化劑反應使得石墨的層間隔變大,類似于爆米花的過程。該方法可以廉價的許多制備石墨烯,但是由于在恢復過程中存在不充分的問題,因此導致該方法制備的石墨烯材料導電性稍差,并且石墨烯表面存在的官能團可能會影響到鋰離子電池功用的發揮。
石墨烯單獨作為負極材料時,盡管其初始容量較高,但是跟著充放電,電池的容量快速衰減,這可能是較大的比表面積,以及較多結構缺陷,使得石墨烯與電解液之間的副反應較多,然后導致不可逆容量較高。
因此現在鋰離子電池中石墨烯的運用首要會集在石墨烯作為導電劑添加,以前進導電性,以及制備石墨烯復合材料。例如石墨烯與Si材料結合,Zhao等制備了具有多孔結構的Si-G復合材料,在8A/g的電流密度下,比容量抵達1100mAh/g,相當于8分鐘充溢,而在1A/g的電流密度下,比容量高達3200mAh/g。
跟著石墨烯制備技術的逐漸老到,出產成本不斷下降,石墨烯作為導電劑運用在鋰離子電池上現已進入到實踐運用階段。