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碳材料电极材料的行业应用及研究进展

2021-12-03孙慧广孟爽马庆春

炭素 2021年2期
关键词:复合材料

孙慧广,孟爽,马庆春

(1. 空装驻哈尔滨地区第一军事代表室,哈尔滨 150000;2. 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司物资供应部,沈阳110034;3.哈尔滨电碳厂, 哈尔滨 150025)

1 引言

随着全球经济的快速发展, 化石燃料的耗尽以及日益增加的环境污染问题, 人类迫切需要高效、 清洁和可持久的能量来源以及新型的能量转换与存储技术。 目前在许多应用领域中,可进行有效能量转换与存储的技术主要依靠电化学电池和超级电容器。 然而,无论是电化学电池还是超级电容器它们最核心的部分都是电极材料,电极材料性能的优劣对电池和超级电容器的性能起着决定性的作用。 本文对电极行业的发展和电极材料的应用进行了相关综述。

2 电极行业的发展前景

2.1 锂离子电池材料

锂离子电池通过在充放电过程中将 Li+ 插入/ 迁出电极进行工作,是一种“摇椅” 式电池。 由于高电压(3.0~4.2 V),高 能 量 密 度 (理 论 值 为 400 Wh·kg-1实际值可达 120~170 Wh·kg-1),长循环寿命(1000~10000 次)以及良好的环境兼容性[1],锂离子电池被认为是便携式电子产品中最重要的电池之一。 然而,随着电子设备的不断发展,尤其在电动汽车领域,要求电池具有更高的功率和能量密度,以及更长的循环寿命。 由于锂离子电池的充放 电性能主要取决于其电极的结构和性能, 近年来人们对新型电极材料的开发进行了广泛研究。

锂离子电池电极材料大致可以分为碳基材料和非碳基材料。 碳基材料中, 尽管石墨类负极材料具 有最高的理论容量 (372 mA·h·g-1)[2], 在锂离子电池上已得到了商业化应用, 但单纯的石墨类负极 材料不能满足电动汽车等实际要求。……

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