中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池是世界上應(yīng)用最廣泛的高性能二次電池，但其性能依然難以滿足電動(dòng)汽車、電子產(chǎn)品、規(guī)模儲(chǔ)能等應(yīng)用場(chǎng)景。市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池能量密度、倍率性能及循環(huán)性能等不斷提出更高要求。

石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖（來(lái)源：Pixabay）

石墨烯具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、化學(xué)性能，能夠緩解電極材料的體積膨脹等，恰是極具潛力的鋰離子電池新材料。為解決上述問(wèn)題帶來(lái)了新的解決思路。石墨烯能大幅提升鋰離子電池的性能，因此其正極、負(fù)極、隔膜、集流體、添加劑等方面應(yīng)用前景尤為廣闊。

目前來(lái)看，針對(duì)石墨烯加入鋰離子電池中的研究方向大致有兩個(gè)：正極石墨烯導(dǎo)電劑和負(fù)極石墨烯。

正極石墨烯導(dǎo)電劑

鋰離子電池正極材料應(yīng)用較多的主要有磷酸鐵鋰（LiFePO4）、鎳鈷錳三元、鈷酸鋰（LiCoO2）等，但這些材料的 Li+、e-傳導(dǎo)率均較低，制約著鋰離子電池的性能，需要加入導(dǎo)電劑來(lái)改善。

導(dǎo)電劑材料的基本功能是在電極活性微粒之間建立離子高速傳輸通道，提升電子傳輸速度。碳系材料是目前應(yīng)用最為廣泛的一類導(dǎo)電劑，但大量非活性、輕組分的碳導(dǎo)電劑會(huì)降低電池體積能量密度。

將石墨烯用作鋰電池導(dǎo)電劑，可以極大增加碳導(dǎo)電劑的單位碳原子導(dǎo)電效率，一改碳黑等傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑“點(diǎn)—點(diǎn)”接觸模式為“面—點(diǎn)”接觸模式，可以構(gòu)建“至柔至薄至密”的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，大幅降低不貢獻(xiàn)容量的碳導(dǎo)電劑用量，解決碳導(dǎo)電劑用量與高能量需求之間的矛盾，顯著提高電池的體積能量密度和充放電性能。

不同導(dǎo)電劑與正極顆粒連接方式的示意

石墨烯負(fù)極

與石墨相比，不具有層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯用作鋰電負(fù)極的前景不樂(lè)觀，純石墨烯的充放電曲線與硬碳和活性炭材料非常相似，還有首次循環(huán)庫(kù)侖效率低、沒(méi)有充放電平臺(tái)及循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。因此，目前純的石墨烯不存在取代石墨類材料直接用作鋰電池負(fù)極的可能性。但石墨烯基復(fù)合材料有可能作為高性能電極材料推動(dòng)鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

常規(guī)鋰電池中所采用的是石墨等負(fù)極材料，比容量和能量密度偏低，不能滿足市場(chǎng)的新需求。目前負(fù)極材料的研究主要集中在能促進(jìn)電池容量提升的Si基材枓、鋰金屬材枓、過(guò)渡金屬氧化物/硫化物等方面，但這些材料普遍存在體積變化大、導(dǎo)電性差等問(wèn)題，制約了鋰電池的性能。將石墨烯與這些新型負(fù)極材料復(fù)合，構(gòu)建各種包覆結(jié)構(gòu)，是解決此問(wèn)題的有效途徑。

2023年8月，中國(guó)粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)”。我們有幸邀請(qǐng)到安徽大學(xué)的王俊中教授為我們帶來(lái)題為《石墨烯復(fù)合電極材料的設(shè)計(jì)制備》的報(bào)告。

團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年的努力，獲得了批量化低成本制備高分散性石墨烯的關(guān)鍵技術(shù)，為石墨烯復(fù)合電極材料的設(shè)計(jì)制備打下了基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，高分散性石墨烯，能促進(jìn)碳資源（如瀝青、纖維素）活化和碳化，降低能耗，提高產(chǎn)物導(dǎo)電性，提升離子儲(chǔ)能動(dòng)力學(xué)，提高鋰硫電池正極材料的儲(chǔ)能性能。報(bào)告還將介紹電極材料的設(shè)計(jì)制備與高性能，包括復(fù)合集流體及正極的理性設(shè)計(jì)，探討離子儲(chǔ)能的機(jī)理與調(diào)控機(jī)制，展望電池材料的未來(lái)發(fā)展。

王俊中教授，現(xiàn)任職安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院，安徽省石墨烯先進(jìn)材料工程實(shí)驗(yàn)室主任，博士生導(dǎo)師，中國(guó)微米納米技術(shù)學(xué)會(huì)理事；中科院百人，先進(jìn)材料國(guó)際協(xié)會(huì)會(huì)士（IAAM Fellow），入選國(guó)家科技專家?guī)�。先后留學(xué)日本和新加坡8年，在中科院山西煤化所任課題組長(zhǎng)和研究員8年，曾獲先進(jìn)材料國(guó)際協(xié)會(huì)科學(xué)家獎(jiǎng)?wù)潞蜕轿魇】茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。發(fā)明了石墨烯電化學(xué)綠色制備方法，在國(guó)內(nèi)外孵化2家石墨烯科技企業(yè)。授權(quán)發(fā)明專利20項(xiàng)，授權(quán)PCT國(guó)際發(fā)明專利2項(xiàng)。在JACS、Angewandte等國(guó)際知名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文50篇，多次受邀在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)和行業(yè)會(huì)議做報(bào)告。

參考來(lái)源：

1.趙振寧 石墨烯基復(fù)合材料的制備及在新能源電池中的應(yīng)用進(jìn)展

2.韓宏偉 石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的分析

3.于永波 石墨烯材料在鋰離子電池中的研究進(jìn)展

4.中國(guó)粉體網(wǎng) 石墨烯在鋰電池中的應(yīng)用

5.環(huán)球網(wǎng) 天天喊石墨烯電池 其實(shí)都叫錯(cuò)了

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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