鉅大LARGE | 點擊量：1216次 | 2021年11月08日
鋰離子電池導電劑進化：零維、一維到二維
鋰離子電池自誕生之初，便對導電劑材料出現(xiàn)了依賴。鋰離子電池的正極材料。例如鈷酸鋰，基本上是過渡金屬的氧化物，其特性導致其導電性較差，為了適應鋰離子電池的需求，在鋰離子電池制備的過程中，都會加入導電劑，以增強正極材料的導電性能，提高電池的性能。
鋰離子電池的導電劑也和鋰離子電池電極材料相同，不斷的進化。從最早的炭黑材料，例如AB，SP等，其特點是點狀導電劑，也可以稱作零維導電劑，重要通過顆粒之間的點接觸提高導電性。
到后來，逐漸發(fā)展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，大大提高了電極的導電性，降低了極片電阻。
最近火熱的石墨烯材料，如今也逐漸成為鋰離子電池的新型導電材料，由于石墨烯具有二維的片層狀結構，極大的新增了電極顆粒之間的接觸，提高了導電性，并降低了導電劑的用量，提高了鋰離子電池的能量密度。
石墨烯是一種獨特的二維材料，石墨烯的出現(xiàn)改變了人們對單層原子不能穩(wěn)定存在的認識，石墨烯獨特的物理和化學特性使得其成為了材料界的新寵，近年來有關石墨烯的理論、制備研究已經成為了國內外研究的熱點。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池是目前比能量最高的二次電池之一，具有優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能，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發(fā)展的電動汽車，由于鋰離子電池具有十分優(yōu)異的綜合性能，因而成為動力鋰離子電池的首選。
石墨烯在鋰離子電池領域的應用目前已經走出實驗室，進入到了實用化的階段，利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，降低鋰離子電池的內阻，并降低電池中導電劑的用量，是目前石墨烯在鋰離子電池領域應用的重要方向。
石墨烯的制備重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，化學方法比較適合批量生產，例如氧化石墨熱膨脹還原法，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等人就通過膠帶粘貼的方法，從高定向石墨分離獲得了單層的石墨烯，并且因為這一杰出貢獻而獲得了2010年的諾貝爾獎。
機械剝離法首先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，然后利用膠帶反復撕揭，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，這種方法的優(yōu)點是產物可以保持外媒的晶體結構，缺陷少，缺點也是顯而易見的，生產效率極低。
硅外延生長法也是常用的制備石墨烯的物理方法，該方法重要是用電子束轟擊經過氧化或者H2處理的SiC單晶片，除去表面的氧化物，再利用高溫將表面層中的Si原子蒸發(fā)，剩余的C原子會發(fā)生重構，在SiC的表面生成石墨烯。
氧化石墨的熱膨脹還原法是常用的化學制備石墨烯的方法，也是目前實現(xiàn)工業(yè)化生產的方法，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，再經過還原就可以制得石墨烯。
重要原理是利用石墨與強氧化劑反應使得石墨的層間距變大，類似于爆米花的過程。該方法可以廉價的大量制備石墨烯，但是由于在還原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性能的發(fā)揮。
石墨烯單獨作為負極材料時，雖然其初始容量較高，但是隨著充放電，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，從而導致不可逆容量較高。
因此目前鋰離子電池中石墨烯的應用重要集中在石墨烯作為導電劑添加，以提高導電性，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，比容量達到1100mAh/g，相當于8分鐘充滿，而在1A/g的電流密度下，比容量高達3200mAh/g。
隨著石墨烯制備技術的逐漸成熟，生產成本不斷降低，石墨烯作為導電劑應用在鋰離子電池上已經進入到實際應用階段。
