基于石墨烯的鋰離子電池導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及其規(guī)?；瘧?yīng)用.pdf

1、為了滿足快速發(fā)展的電動(dòng)汽車和可再生能源系統(tǒng)對(duì)超高能量密度、高充放性能儲(chǔ)能系統(tǒng)的迫切需求，鋰離子電池及其關(guān)鍵材料需要從功率和容量性能上進(jìn)一步提高。石墨烯是由sp2雜化碳原子構(gòu)筑而成的具有獨(dú)特物理、化學(xué)性能及幾何結(jié)構(gòu)的單層碳質(zhì)納米材料。本文將石墨烯作為導(dǎo)電添加劑引入到鋰離子電池的正負(fù)極中，使用電化學(xué)性能測(cè)試分析與理論模擬的方法探討石墨烯對(duì)鋰離子電池內(nèi)部電化學(xué)過程的影響，并在此基礎(chǔ)上使用商品化鋰離子電池為研究體系探討石墨烯材料規(guī)模化應(yīng)用的前景

2、。
　　論文首先將石墨烯引入到石墨/導(dǎo)電炭黑體系中構(gòu)成高效的儲(chǔ)能/導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。并根據(jù)石墨烯電化學(xué)性能的差別，設(shè)計(jì)了能量型和功率型的復(fù)合負(fù)極材料。測(cè)試表明，得到的功率型負(fù)極材料可以在5C時(shí)仍然可以保持將近300mAh/g的容量；而能量型負(fù)極材料在0.1C時(shí)可達(dá)到400mAh/g以上的容量，并且循環(huán)穩(wěn)定性良好，遠(yuǎn)超過了沒有石墨烯時(shí)石墨的倍率性能和容量性能。
　　基于其“至薄至柔”的結(jié)構(gòu)特征，石墨烯可以通過“面-點(diǎn)”的接觸模式在活性

3、材料顆粒中形成有效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，再加上較大的比表面積和電導(dǎo)率，與傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑相比，具有非常高的導(dǎo)電效率。通過扣式電池的初步研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯在添加量很少時(shí)就可以大幅度提高LiFePO4材料的電化學(xué)性能，導(dǎo)電效率遠(yuǎn)高于商品化導(dǎo)電劑。然而添加石墨烯的電池的倍率性能不夠理想，通過對(duì)多孔電極中的電子/離子的傳遞過程進(jìn)行理論分析發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入會(huì)造成電極孔隙曲折度增加，限制了鋰離子的傳輸。若將石墨烯用于高倍率電池則需要對(duì)石墨烯材料在形貌上進(jìn)行調(diào)控以減

4、少其對(duì)鋰離子傳輸?shù)淖璧K。
　　在探索以石墨烯為導(dǎo)電劑的商品化電池實(shí)際制備工藝基礎(chǔ)上，使用商品化的2Ah、2.6Ah以及10Ah LiFePO4/石墨鋰離子電池作為研究體系對(duì)石墨烯的導(dǎo)電性能進(jìn)行了驗(yàn)證。并且通過提高石墨烯電導(dǎo)率和使用石墨烯/炭黑的復(fù)合導(dǎo)電劑，僅使用1wt％的石墨烯就在很大程度上改善了電池的性能。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制備大容量石墨烯儲(chǔ)能電池。測(cè)試結(jié)果表明使用1wt%石墨烯的電池能量密度超過使用10wt%商品化導(dǎo)電劑的電池，