石墨烯在鋰離子電池中的大規(guī)模應(yīng)用難點(diǎn)與爭(zhēng)議解析

在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，各種各樣的高科技出現(xiàn)在我們的生活中，為我們的生活帶來(lái)便利，那么你知道這些高科技可能會(huì)含有的石墨烯嗎?

1鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀

與普通電池相比，鋰離子電池具有比能量高、自放電小、使用壽命長(zhǎng)、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。它們是現(xiàn)代高性能電池的首選，已成為便攜式電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車電源供應(yīng)。新能源汽車(主要是電動(dòng)汽車)市場(chǎng)的持續(xù)快速擴(kuò)張，帶動(dòng)鋰離子動(dòng)力鋰電池需求猛增。

當(dāng)前商業(yè)化的鋰離子電池材料系統(tǒng)主要是陰極鈷酸鋰，磷酸鐵鋰和陽(yáng)極石墨。雖然石墨的儲(chǔ)鋰容量可以達(dá)到372(mAh)/g，允許鋰離子自由嵌入和脫出，形成相對(duì)穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜，取代鋰金屬成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)極材料，但其能量密度過(guò)高.低，成為制約其高端電池應(yīng)用的瓶頸。目前鋰離子電池的比能量已達(dá)到140(Wh)/kg，是鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的1.5倍，但仍不能完全滿足目前市場(chǎng)的性能動(dòng)力鋰電池的要求。中國(guó)政府在“十三五”新能源汽車試點(diǎn)共性關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目中提出的高比能量鋰離子電池技術(shù)：到2020年，電池單體能量密度為300(Wh)/kg，循環(huán)壽命1500次，成本0.8元/(Wh)，安全性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，基于目前鋰離子電池材料體系的商業(yè)應(yīng)用，如何開(kāi)發(fā)新型高性能復(fù)合電極材料是加快突破鋰離子電池發(fā)展瓶頸的關(guān)鍵，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

2石墨烯的特點(diǎn)及其在鋰離子電池中應(yīng)用潛力分析

石墨烯具有獨(dú)特的單層二維結(jié)構(gòu)，只有一層原子層厚，約0.34nm，相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的千分之一。它是目前已知的最薄、最強(qiáng)和最致密的結(jié)構(gòu)。納米材料具有良好的透光率(97.7%透光率)、高熱導(dǎo)率(5300W/(mK)，是金剛石的3倍)、高電子遷移率。

在鋰離子電池領(lǐng)域，石墨烯具有潛在的顛覆性特征：首先，石墨烯具有優(yōu)良的電學(xué)和熱學(xué)性能，使其具有良好的電子傳輸通道和循環(huán)穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)了電池的安全性和快速的充放電，并能延長(zhǎng)使用壽命;二是石墨烯層間距大于結(jié)晶度好的石墨層間距，使鋰離子在石墨烯片間順利擴(kuò)散，有利于鋰離子電池動(dòng)力性能的提高;第三是石墨烯是單層碳原子，上下表面可以儲(chǔ)存鋰離子，并且由于制備過(guò)程中引入了缺陷、邊緣懸空鍵等，這些位置可以儲(chǔ)存鋰離子，增加了存儲(chǔ)容量，因此理論上其容量可能是石墨烯的兩倍，最高可達(dá)744(mAh)/g。石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用，將帶來(lái)性能上的質(zhì)的飛躍。

3石墨烯在鋰離子電池中的大規(guī)模應(yīng)用難點(diǎn)與爭(zhēng)議

3.1高質(zhì)量、低成本石墨烯的制備是制約石墨烯應(yīng)用的難點(diǎn)

氧化還原法是一種行之有效的石墨烯工業(yè)化制備工藝，雖然可以大規(guī)模制備，但得到的石墨烯存在缺陷，在其基面引入了官能團(tuán)，大大降低了性能，且層數(shù)較少 ，規(guī)模越大。 化工生產(chǎn)越困難，成本越高。 制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、形貌可控的高質(zhì)量石墨烯，降低石墨烯宏觀制備的成本是制約石墨烯應(yīng)用的難點(diǎn)。

3.2對(duì)石墨烯在鋰離子電池中大規(guī)模應(yīng)用的爭(zhēng)議

石墨烯是一種有望替代、彌補(bǔ)或顛覆傳統(tǒng)材料的先進(jìn)材料。業(yè)內(nèi)仍有不同的聲音，主要集中在三個(gè)方面：一是在電化學(xué)原理上，石墨烯并沒(méi)有充分展現(xiàn)其顛覆性的潛力;二是在鋰離子電池中，石墨烯是最快應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極和導(dǎo)電材料的。控制其成本和工藝兼容性仍是行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。第三是石墨烯應(yīng)用的當(dāng)前比較。成熟領(lǐng)域多集中在低端和低端石墨烯產(chǎn)品。能夠真正展現(xiàn)石墨烯特殊性能的高端應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)室階段，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和商業(yè)化應(yīng)用還有些困難。

石墨烯的性能毋庸置疑。其在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用，滿足了市場(chǎng)對(duì)鋰離子電池更高的需求。雖然還有很多挑戰(zhàn)，但最好是開(kāi)始。隨著現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究的不斷發(fā)展和制備技術(shù)的成熟，石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

以上就是石墨烯的一些值得大家學(xué)習(xí)的詳細(xì)資料解析，希望在大家剛接觸的過(guò)程中，能夠給大家一定的幫助，如果有問(wèn)題，也可以和小編一起探討。