煤基石墨烯在锂离子电池中的应用
潘强1
谷小虎1
林雄超2
马名杰3
1.中国平煤神马集团 炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室,河南 平顶山 4670002.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京 1000833.河南理工大学 化学化工学院,河南 焦作 454000
摘要：以煤为前驱体,通过物理、化学耦合方法,可制备高附加值的石墨烯材料,且可提高产品振实密度,具备一定的揉曲结构,但工艺流程长,需改善煤炭纯化脱灰、催化石墨化、氧化还原工序或热解CVD技术.石墨烯作为一种新型碳纳米材料,具有高导电性、高导热性、比表面积大和机械性能稳定等优势,在锂离子电池行业中应用前景广阔.针对复合石墨烯对锂离子电池正极、负极和导电剂的影响,总结石墨烯在锂离子电池中的应用进展和最新研究成果.石墨烯通过与活性材料和传统导电剂复合,可实现"面-点"和"点-点"充分接触,从不同空间跨度上在活性材料周围形成高效稳定的导电网络,同时发挥材料各自独有的特点,并且能够抑制充放电时活性材料产生的体积膨胀效应,稳定结构,从而提高整个体系的比容量、充放电性能、循环性能、倍率性能等电化学特性,改善电池体系的散热性能,提高使用温度上限,与传统的炭材料相比具备明显优势.煤分子结构、元素组成、矿物质组分、显微组分和变质程度的差异,会影响石墨烯产品的性能.变质程度高的煤种,可以获得石墨化度较高的产品,最终石墨烯微晶尺寸更大,片层更少;若以褐煤、烟煤为原料,必须经过深度破碎,石墨化条件更为苛刻.以锂离子电池应用为导向,宜采用煤直接氧化还原工艺,原料以变质程度较深的无烟煤为主,可生成石墨化度更高、微晶尺寸更大、片层更少的石墨烯.煤中本身含有一部分氧元素,在氧化还原过程中会脱除大量含氧官能团,会在石墨烯片层留下部分缺陷与无序的碳空位,会在锂电池充电过程中充当储电穴位,增加可逆容量.加强煤预处理研究,优化煤大分子基本单元的构造,改善芳烃结构单元,使有机多环芳烃分子较容易转化为层状石墨结构,利于后续氧化插层;在现有电池体系中,石墨烯直接作为锂离子电池负极存在电压滞后、库伦效率低的缺点,需进一步研究嵌锂脱锂过程中石墨烯的微观变化.而电极厚度、活性材料颗粒的尺寸差异、石墨烯表面性质、官能团含量、层数及片层结构等因素影响石墨烯优势的发挥.
关键词：石墨烯锂离子电池导电剂正极材料负极材料
分类号：TQ536(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：国家自然科学基金(21978319)国家重点实验室基金(41040220181206)
论文发表日期：2022-06-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：9( 82-90 )
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