Graphen für Lithiumbatterien

Die Evolutionsstufe von Leitmitteln für Lithium-Ionen-Batterien reicht von nulldimensionalen Leitmittel-Carbon-Black-Materialien über eindimensionale faserartige Kohlenstoff-Nanoröhren-Materialien bis hin zu zweidimensionalen Graphen-Materialien mit Lamellenstruktur.

 

Leitfähige Materialien sind ein wichtiger Bestandteil von Lithium-Ionen-Batterien und spielen eine wichtige Rolle bei der elektrochemischen Leistung von Lithium-Ionen-Batterien. Nachdem eine geeignete Menge an leitfähigem Mittel zu der Elektrode hinzugefügt wurde, kann die Elektronentransferrate innerhalb der Elektrode effektiv verbessert werden.

 

Graphen hat die Vorteile ausgezeichneter Mechanik, optischer Eigenschaften, hoher Wärmeleitfähigkeit, geringem spezifischen Widerstand und starker Stabilität. Als neuartiges Leitmittel für Lithiumbatterien ist der Kontakt mit dem aktiven Material aufgrund seiner einzigartigen Blattstruktur (zweidimensionale Struktur) eine Punkt-Oberflächen-Kontaktform, die die Rolle des Leitmittels maximieren und die Menge reduzieren kann des Leitmittels, so dass mehr aktive Materialien verwendet werden können und die Kapazität der Lithiumbatterie verbessert werden kann.

 

Leitender Mechanismus 

(1) Die elektronische Leitfähigkeit ist hoch, und die Verwendung einer kleinen Menge Graphen kann die ohmsche Polarisation innerhalb der Batterie effektiv reduzieren; (2) Durch die zweidimensionale Schichtstruktur kann Graphen einen "Oberflächenpunkt"-Kontakt mit dem aktiven Material erreichen und kann ein leitfähiges Netzwerk im Polschuh aus einer größeren räumlichen Spannweite aufbauen. Verwirklichen Sie "Langstreckenleitfähigkeit" auf der gesamten Elektrode; (3) Ultradünne Eigenschaften, alle Kohlenstoffatome auf Graphen können für den Elektronentransport freigelegt werden, hohe Atomnutzungseffizienz, sodass es bei minimalem Verbrauch ein vollständiges leitfähiges Netzwerk bilden kann. Verbessern Sie die Energiedichte der Batterie; (4) hohe Flexibilität, kann in gutem Kontakt mit dem aktiven Material stehen, puffern die Volumenausdehnung und -kontraktion des aktiven Materials während des Ladens und Entladens, 

 

Die Wirkung als Leitmittel hängt eng mit der zugesetzten Menge zusammen. Bei geringer Zugabe ist Graphen viel besser als leitfähiger Ruß, da es besser ein leitfähiges Netzwerk bilden kann. Graphen mit einer dickeren Schicht wird jedoch die Diffusion von Lithiumionen behindern und die Ionenleitfähigkeit der Elektrode verringern (6-9 Schichten werden im Allgemeinen als am besten geeignet angesehen). Aufgrund seiner hohen Kosten, der Schwierigkeiten bei der Dispersion und der Behinderung der Lithiumionenübertragung wurde es jedoch nicht vollständig industrialisiert.

 

Fertigungsprozess 

Verfahren zur Herstellung von Graphen umfassen hauptsächlich mechanisches Schälverfahren, chemisches Flüssigphasen-Strippverfahren, Redox-Verfahren , chemisches Dampfabscheidungsverfahren usw., Flüssigphasen-Strippverfahren und Redox-Verfahren haben niedrige Kosten und geringe Reinheit, geeignet für Batterien, Superkondensatoren, leitfähige Beschichtungen und leitfähige Tinten.

 

In den neuesten Forschungsfortschritten wird für einige Lithiumbatterien als Leitmittel eine binäre oder ternäre Leitpaste ausgewählt, die aus CNT , Graphen und Leitruß gemischt ist . Der Verbund von Leitmitteln zu Leitpasten ist die Forderung industrieller Anwendungen, und es ist auch das Ergebnis von Synergie und Anregung zwischen Leitmitteln.

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