高云雷,赵东林,白利忠,景 磊

(北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室,碳纤维及功能高分子教育部重点实验室,北京 100029)

石墨具有很好的Li+嵌脱能力,在商业锂离子电池负极材料中得到了广泛的应用。石墨在储锂过程中局限于形成LiC6,理论比容量只有372 mAh/g[1],因此开发储锂材料,进一步提高负极材料的容量十分必要。

锂离子电池负极材料的研究主要集中于碳材料、氧化物及其复合材料[2]。石墨烯的比表面积大,电化学性能良好,是很有潜力的负极材料[3]。本文作者综述了近年来石墨烯及其复合材料作为锂离子电池负极材料的研究进展。

1 石墨烯

石墨烯是由单层碳原子紧密排列构成,具有独特的储锂性能。Li+不仅可存储在石墨烯片层的两侧,形成LiC3化合物,还可以在石墨烯片层的边缘和孔穴中存储,理论比容量为740～780 mAh/g,约为传统石墨材料的2倍多[4]。石墨烯的尺寸为微纳米量级,Li+的扩散路径较短,有利于Li+的扩散传输,因此,石墨烯负极材料具有良好的电子和离子传输通道,有助于提高锂离子电池的功率性能[2]。目前,已有许多学者对石墨烯的储锂性能进行了研究[5]。

E.Yoo等[6]报道了石墨烯用作锂离子电池负极材料的研究,以50 mA/g的电流在0～3.5 V充放电,石墨烯电极的可逆比容量为540 mAh/g,高于天然石墨的理论值,原因是Li+存储到石墨烯的两侧,增加了储锂容量。层间距计算结果表明:石墨烯的层间距比石墨的大,有利于Li+的传导和迁移。L.Wan等[7]在不同温度下还原氧化石墨,制备了片层数量不同的石墨烯,并研究了产物的电化学性能。……