Grafen är ett material extraherat från grafit och består av rent kol, som är ett av de viktigaste elementen i naturen .Grafenoxidpulver, as a new type of material, has great application potential in energy storage fields such as lithium batteries, lithium-sulfur batteries, air batteries, hydrogen storage, and supercapacitors. Graphene possesses extremely high electron mobility, specific surface area, tensile strength, and excellent flexibility. It not only can enhance the energy and power density of lithium batteries, achieve higher lithium storage Kapacitet och bättre snabb laddningsprestanda, men hjälper också till att övervinna de solid-fasta gränssnittstekniska problemen med solid-state-batterier .
1. grafenstruktur och egenskaper
Grafen är en tvådimensionell nanomaterial som består av kolatomer, som presenterar en hexagonal gitterstruktur som liknar en honungskaka . CC-bindningslängden för grafen är 0 . 141 nm, och dess teoretiska densitet är ungefär 0 {{7} 7 mg/m². Tjockleken på grafen är bara diametern för en enda kolatom.
Kolatomer deltar i hybridisering på ett SP² -sätt, vilket gör att elektroner kan genomföra smidigt mellan lager .
Därför har grafen utmärkt elektrisk konduktivitet och är för närvarande materialet med den lägsta resistiviteten känd . Detta är en av anledningarna till att grafen har breda utsikter inom batterier .
Den grundläggande arbetsprincipen för grafenbatterier liknar den för traditionella litiumjonbatterier, med den största skillnaden som ligger i användningen av elektrodmaterial .
I grafenbatterier är elektroderna vanligtvis tillverkade av grafenbaserade kompositmaterial, vilket gör att batterierna kan ha högre elektrisk konduktivitet och snabbare jonöverföringshastighet .Grafens höga ytarea ger mer aktiva platser, vilket möjliggör lagring av fler laddningar och därmed ökar batteriets energitäthet .
Graphene materials possess excellent thermal conductivity. The theoretical room-temperature thermal conductivity of a single-layer material can reach 3000-5000 W/(m·K). This property can be utilized to study the heat dissipation issue during the operation of batteries.
Grafenmaterial har utmärkta mekaniska egenskaper och är ett material med extremt hög seghet och styrka . De kan användas för att utveckla och studera flexibla elektrodmaterial .
2. Fördelarna med grafen i batterilapplikationer
2.1 Ultrahög elektrisk konduktivitet
Grafens elektronmobilitet är extremt hög, vilket gör att elektroner kan röra sig snabbt inom materialet, och kan därmed avsevärt öka laddningshastigheten för batteriet . Enligt relevant data kan laddningshastigheten för grafenbatterier nå 5 till 10 gånger den för traditionella litiumbatterier .}
2.2. Förbättrad energitäthet
Den atomiska strukturen i grafen möjliggör en större ytarea och elektrokemisk aktivitet, som hjälper batterier att lagra mer energi och ökar batteriets totala energitäthet .
2.3. Förbättrad termisk stabilitet
Den utmärkta värmeledningsförmågan hos grafen hjälper till med den termiska hanteringen av batterier under laddning och urladdning, vilket kan minska incidenterna av termiska språng och förbättra batteriets säkerhet .
2.4. Miljövänlighet
Grafen kan massproduceras genom metoder såsom kemisk ångavsättning, som är mer miljövänlig jämfört med produktionsmetoderna för traditionella batterimaterial .
3.Applicering av grafen i litiumjonbatterier
3.1 Grafen negativt elektrodmaterial
Grafen används direkt som det negativa elektrodmaterialet
Grafen har utmärkt elektrisk konduktivitet, men dess tvådimensionella mikroskopiska strukturs tendens att stapla lätt leder till otillfredsställande forskning om oberoende grafenelektrodmaterial . De viktigaste manifestationerna är dålig hastighetsprestanda för batteriet och låg cykeleffektivitet, etc .}
Grafenkomposit negativa elektrodmaterial
At present, the main graphene negative electrode composite materials include: transition metal oxide/graphene composite materials and graphene-modified silicon-based materials, etc. The research direction of this type of composite materials is to utilize the conductive properties and structural characteristics of graphene materials to assist nanomaterials, improve the lithium-ion transmission rate, thereby enhancing the rate performance of lithium-ion batteries and compensating for the brister och brister av råvaror .
3.2. Grafenledande agent
The basic function of conductive agent materials is to establish fast ion transmission channels between the active particles of the electrodes, thereby increasing the speed of electron transmission. Carbon-based materials have the advantages of light weight, high conductivity, high thermal conductivity, and good chemical stability. They are currently the most widely used type of conductive agent. However, traditional conductive agents such as Ledande grafit och ledande kolsvart i kolbaserat material kan inte längre uppfylla marknadskraven . Forskning och utveckling av nya ledande medel är absolut nödvändig .
- Grafenmonolagers ledande agent
Graphene, as a two-dimensional nanomaterial, exhibits excellent electrical conductivity. Graphene with a large specific surface area is attached to the surface of the positive electrode particles and interweaves with each other to form a huge high-speed conductive network. This can effectively increase the migration rate of lithium ions and electrons.
In the case of low-rate charge and discharge batteries, as the amount of graphene added increases, the discharge specific capacity first increases and then decreases. Compared with commercial conductive agents, adding a small amount of graphene can achieve good conductive effect and the battery performance is also improved accordingly. However, when the battery undergoes high-rate charge and discharge, the performance of using graphene alone as a conductive agent is inferior to that of the Konventionell ledande agent .
- Grafen och kolsvartkomposit medelagent
När grafen och kolsvart kombineras för att bilda ett sammansatt ledande agentmaterial, är ett stort antal tvådimensionella grafitark är jämnt lindade runt den ursprungliga nätverket kolsvartstruktur . Klyftorna mellan ark är fyllda med kolsvart, som fungerar som ramstrukturen .}
Genom kooperativ ledning förvandlas den ursprungliga tvådimensionella ledningen vid punkterna till tredimensionell ledning vid punkterna . Samtidigt förbättras problemet med grafenstapling och aggregering och strukturell stabilitet och ledningseffektivitet förbättras .}
- Grafen och kol nanorörskomposit ledande tillsatsmedel
När grafen/kolananorör läggs till som ledande tillsatser till litiumjonbatterimaterial kan de två bilda ett tredimensionellt ledande platsnätverk .
Carbon nanotubes run through each layer of graphene sheets, transforming the original two-dimensional conducting space into a three-dimensional bridging structure for transmission channels. It provides a faster and smoother electronic conducting path, significantly improving the transmission efficiency of the battery positive electrode and the transmission rate of lithium ions. At the same time, the framework effect of carbon Nanorör förbättrar effektivt stabiliteten i grafenstrukturen, vilket förhindrar agglomeration och ackumulering .
4.Gränssnittsmodifiering av fast tillståndsbatterier
För närvarande har betydande framsteg gjorts i forskningen av fasta elektrolyter med hög ledningsförmåga.
I det negativa elektrodgränssnittsregionen kan det tredimensionella grafenramen, laminerade plattor och ihåliga sfärer hämma bildningen av litium-dendriter och volymutvidgningen av elektroden under laddning .
I det positiva elektrodgränssnittsregionen kombineras grafen med elektrodmaterialet och elektrolyten för att förbättra laddningsöverföring . dessutom fungerar grafen som ett buffertskikt, förbättrar gränssnittskompatibiliteten och därmed förbättrar batteriets totala prestanda .
Acey intelligentis specialized in researching and manufacturing of high-end equipment for lithium-ion batteries. We can not only provide one-stop solution for lithium ion battery production line for cylindrical battery, coin cell, pouch cell, but also provide one-stop solution for lithium battery pack assembly line, if you are new in lithium ion battery industry, and want to build your own lithium ion battery production line or lithium ion battery pack Monteringslinje, vi kan ge dig professionell teknisk support och vägledning, vänligen kontakta oss!