Interpretation des Ursprungs und der gegenwärtigen Situation des Graphen-Lithium-Batterieleiters

Mit den zunehmend auftretenden Energie- und Umweltproblemen sind die Entwicklung neuer Energiequellen und die Förderung von Elektrofahrzeugen zum allgemeinen Trend geworden. Lithium-Ionen-Batterien sind die wichtigsten energiespeicher und haben von Forschern und der Industrie große Aufmerksamkeit erhalten. Es wurden verschiedene neue Schlüsselmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt. Die rasche Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien wurde gefördert. Die derzeit weit verbreiteten positiven Materialien für Lithium-Ionen-Batterien umfassen Lithiumkobaltsäure (LiCoO2, LCO), Lithiummanganat (LiMn2O4, LMO), lithiumeisenphosphat (LiFePO4, LFP) und ternäre Materialien (LiNix CoyMn1xyO2, NCM) usw. Aufgrund der geringen Leitfähigkeit der oben genannten positiven Elektrodenmaterialien ist es erforderlich, den Materialteilchen leitfähige Mittel zuzusetzen, um elektronisch leitende Netzwerke aufzubauen und einen schnellen Zugang für die elektronische Übertragung zu ermöglichen. Und ...

Elektrochemische Reaktionen in Lithium-Ionen-Batterien erfordern, dass Elektronen und Lithium-Ionen gleichzeitig die Oberfläche des aktiven Materials erreichen, so dass Elektronen rechtzeitig an der elektrochemischen Reaktion teilnehmen können, um eine gute Leistung des positiven polaren aktiven Materials zu erzielen. Wenn das leitende Mittel nicht verwendet wird, erhöht sich die ohmsche Polarisation innerhalb der Batterie. Die Batteriekapazität wird erheblich verringert. Daher ist das leitende Mittel auch ein Schlüsselmaterial in Lithium-Ionen-Batterien, das die vollständige Entwicklung der aktiven Materialkapazität sicherstellen kann und eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien spielt.

Da andererseits das leitende Mittel selbst während des Lade- und Entladevorgangs keine Kapazität bereitstellt, wird häufig gehofft, dass der Einsatz von leitenden Mitteln minimiert wird, während sichergestellt wird, dass die Wirkstoffkapazität zur Erhöhung des Wirkstoffanteils verwendet wird in der positiven Elektrode. Somit wird die Massenenergiedichte der Batterie verbessert. Die derzeit verwendeten leitfähigen Mittel sind üblicherweise Kohlenstoffmaterialien wie leitfähiger Ruß, leitfähiger Graphit und Kohlenstoffnanopartikel. Da diese Kohlenstoffmaterialien im Vergleich zum aktiven Material eine geringe Dichte aufweisen, kann eine Verringerung des Einsatzes leitfähiger Mittel die Volumenenergiedichte der Batterie erheblich erhöhen.

Graphen ist eine neuartige Art von Nanokohlenstoff mit einzigartigen geometrischen Strukturmerkmalen und physikalischen Eigenschaften. Seit 2010 ist es das erste, das als leitfähiges Mittel in kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt wird. Die Gruppe führte systematische Untersuchungen zu Graphen-Leitmitteln durch. Graphen als leitfähiges Mittel hat die Eigenschaften "Weichheit bis Dünnheit bis Dichte" und hat die folgenden vier Vorteile:

(1) Die Elektronenleitfähigkeit ist hoch und die Verwendung einer sehr kleinen Menge Graphen kann die ohmsche Polarisation innerhalb der Batterie wirksam verringern;

(2) Zweidimensionale Filmschichtstruktur. Im Vergleich zu nulldimensionalen Rußpartikeln und eindimensionalen Kohlenstoffnanoröhren kann Graphen einen "Gesichtspunkt" -Kontakt mit Wirkstoffen mit niedrigeren Leitfähigkeitsschwellen erreichen. Und es ist möglich, ein leitendes Netzwerk in der Elektrode aus einer größeren räumlichen Spanne aufzubauen, um eine "elektrische Leitfähigkeit mit großer Reichweite" auf der gesamten Elektrode zu erreichen (die Größe der Graphenmaterialien, die durch verschiedene Herstellungsverfahren erhalten werden, ist unterschiedlich; die Größe des Graphens Die durch thermische Reduktion von Steinoxid erhaltene Schichtschicht betrug etwa 2 um.

(3) Ultradünne Eigenschaften: Graphen ist ein typischer oberflächlicher Feststoff. Im Vergleich zu Ruß mit einer Multi-SP2-Kohlenstoffschicht, leitfähigem Graphit und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren können alle Kohlenstoffatome auf Graphen für den Elektronentransfer und die atomare Effizienz freigelegt werden kann es ein vollständig leitfähiges Netzwerk mit dem geringsten Verbrauch bilden und die Energiedichte der Batterie verbessern;

(4) Hohe Flexibilität, guter Kontakt mit dem aktiven Material, Pufferung der Volumenexpansion und -kontraktion des aktiven Materials während des Lade- und Entladevorgangs, Hemmung des Rückpralleffekts der Elektrode und Gewährleistung einer guten Recyclingleistung der Batterie.

Aufgrund der oben genannten Vorteile können Lithium-Ionen-Batterien auf der Basis von Graphenleitern eine dichte Konstruktion erreichen. Graphenleiter mit den Eigenschaften "Weichheit bis Dünnheit bis Dichte" zeigen gute Aussichten für die Anwendung. Verglichen mit der Idee, Graphen- und Kathodenmaterialien zu Verbundelektrodenmaterialien zu verarbeiten, wäre die direkte Verwendung als Leiter von Lithium-Ionen-Batterien die erste industrielle Anwendung von Graphenmaterialien.

Obwohl Graphen in Bezug auf die Elektronenleitfähigkeit einen sehr offensichtlichen Vorteil gegenüber anderen leitfähigen Mitteln hat, gibt es immer noch viele Engpässe im tatsächlichen Auftragungsprozess. Einerseits überträgt seine planare Struktur innerhalb der Elektrode Ionen. Der sterische Hinderungseffekt Dieser Effekt ist insbesondere bei einem großen Strommultiplikator offensichtlicher.

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