石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極材料的優(yōu)缺點(diǎn)

隨著研究的不斷發(fā)展，高性能鋰電電極材料層出不窮。石墨烯的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、等諸多優(yōu)良特性，一定程度上對(duì)解決該問(wèn)題有著非常重要的理論和工程價(jià)值。

石墨烯直接儲(chǔ)鋰的優(yōu)點(diǎn)

1） 高比容量鋰離子在石墨烯中具有非化學(xué)計(jì)量比的嵌入?脫嵌，比容量可達(dá)700~2000 mAh/g；

2） 高充放電速率多層石墨烯材料的層間距離要明顯大于石墨的層間距，更有利于鋰離子的快速嵌入和脫嵌。大多研究也表明，石墨烯負(fù)極的容量有540 mA·h/g左右，但由于其表面大量的含氧基團(tuán)充放電過(guò)程中分解或與Li+發(fā)生反應(yīng)造成電池容量的衰減，其倍率性能也受到較大影響。

雜原子的摻雜帶來(lái)的缺陷會(huì)改變石墨烯負(fù)極材料的表面形貌，進(jìn)而改善電極-電解液之間的潤(rùn)濕性，縮短電極內(nèi)部電子傳遞的距離，提高Li+在電極材料中的擴(kuò)散傳遞速度，從而提高電極材料的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性。

但石墨烯材料直接作為電池負(fù)極仍然存在一些缺點(diǎn)，包括

1）制備的單層石墨烯片層極易堆積，比表面積的減少使其喪失了部分高儲(chǔ)鋰空間；

2）首次庫(kù)倫效率低，一般低于 70%。由于大比表面積和豐富的官能團(tuán)，循環(huán)過(guò)程中電解質(zhì)會(huì)在石墨烯表面發(fā)生分解，形成SEI 膜；同時(shí)，碳材料表面殘余的含氧基團(tuán)與鋰離子發(fā)生不可逆副反應(yīng)，造成可逆容量的進(jìn)一步下降；

3）初期容量衰減快；

4）電壓平臺(tái)及電壓滯后。因此，為解決存在的這一系列問(wèn)題，將石墨烯和其他材料進(jìn)行復(fù)合制作成石墨烯基復(fù)合負(fù)極材料成為現(xiàn)在鋰電池研究的熱點(diǎn)和鋰電負(fù)極材料發(fā)展的一個(gè)方向。

對(duì)于鋰電負(fù)極材料而言，過(guò)渡金屬氧化物或具有前景的Si基材料進(jìn)行石墨烯摻雜后在比容量、電壓特性、內(nèi)阻、充放電性能、循環(huán)性能、倍率性能等電化學(xué)性能方面已經(jīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的特性。石墨烯基中雜原子摻雜引入了更多的表面缺陷，提高石墨烯材料的電導(dǎo)率，得復(fù)合材料擁有更優(yōu)良的性能。