氧化石墨烯在锂离子电池中的应用

2024-12-2 14:36:17

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氧化石墨烯在锂离子电池中的应用

以GO为原料制备得到的石墨烯具有高导电性、大比表面积等优良特性，使其成为当前锂离子电池领域的研究热点。石墨烯在锂离子电池中的应用主要包括以下几种途径：

1、石墨烯直接用作锂离子电池负极材料；

2、石墨烯与负极材料的复合；

3、石墨烯与正极材料的复合；

4、石墨烯作为正极材料中的导电剂。

氧化石墨烯用作锂离子电池负极材料：

负极材料，应该具有良好的锂离子吸附和电子传输能力。石墨烯表面可以存储锂离子，具有高的电子迁移能力。石墨烯作为负极材料还可以缩短锂离子的传输路径。

将GO置于高温煅烧炉中在惰性气体的保护下还原得到层数少、缺陷少、杂质少的高质量石墨烯，并将其用作锂离子电池负极材料。

氧化石墨烯与负极材料的复合在锂离子电池中的应用：

硅被认为是最具有潜力的负极材料之一，因为它在自然界中含量多，还具有低的嵌锂电位和很高的理论比容量。

缺点：在锂离子脱嵌过程中，硅的体积变化比较明显，使得材料与负极集流体之间黏结性变差，造成电池循环性能的大幅度下降。同时硅还会在电池循环过程中出现团聚现象，引起电池容量的迅速下降。

氧化石墨烯与负极材料的复合在锂离子电池中的应用：

将硅材料和石墨烯进行复合得到复合负极材料，其中石墨烯可以抑制硅材料在充放电过程中的团聚，减缓硅材料的体积变化，从而提高电池的容量和循环性能。

此外，石墨烯还有助于电解液的浸润，从而提高电池的性能。

通过喷雾干燥法制备了一种高性能的石墨烯/硅复合材料。研究中首先将GO与纳米硅超声混合，通过喷雾干燥后在700℃下进行煅烧得到复合材料，在200mA/g的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502mA·h/98%，具有良好的循环性能。

氧化石墨烯与正极材料的复合在锂离子电池中的应用：

优点：LiFePO4由于其高安全性和长循环寿命，是目前广泛使用的商业动力锂离子正极材料。

缺点：LiFePO4较低的电子电导率和离子扩散率，限制了其倍率性能。

通过在GO溶液中加入铁盐、锂盐等后水热处理，得到LiFePO4/石墨烯复合材料并用于锂离子电池正极，在电压范围2.0~4.2V之间、0.1C放电倍率下容量为160.3mA·h/g，当放电倍率增大到10C时其容量仍可保持在81.5mA·h/g，这均比单独的LiFePO4有所提高。