石墨烯在動力電池中的應用探究

于冰 王琦 康新征 侯文茹 盧碩 紀紅

從世界各國的戰略目標看，發展電動車已被普遍確立為保障能源安全和轉型低碳經濟的重要途徑，發展高比能、高安全性和長壽命的鋰離子動力電池以滿足電動汽車更高行駛里程的要求成為突破電動汽車產業發展瓶頸的關鍵。目前的電池行業急需新技術和新材料的加入來快速提升電池性能，如固態電解質、硅材料、石墨烯材料等。

2004年，英國學者Andre k.Geim等首次發現了獨立存在的石墨烯[1]，并對石墨烯的性質作出了詳細的表征。作為已知最薄的材料，石墨烯獨特的結構賦予了它很多優異的性能，在很多領域具有廣闊的應用前景，如鋰離子電池、超級電容器、涂料、復合材料等。石墨烯具有較大的比表面積、優越的導電性和良好的導熱性，且石墨烯作為鋰離子電池負極材料時具備石墨2倍以上的比容量，因此研究者對石墨烯在鋰離子電池中的應用具有更大的期待。

1 石墨烯的特性

石墨烯是由單層碳原子組成的二維平面結構，每個碳原子通過很強的δ鍵與另外3個碳原子連接，未成鍵的價電子與平面垂直的方向形成一個大π鍵，因此石墨烯具有良好的機械強度和優異的電子導電性[2]。

石墨烯是已知強度最高的物質，強度是鋼鐵的100倍以上，在每100nm的距離上可以承受2.9μN的壓力。

石墨烯是一種零能隙半導體或半金屬。單層石墨烯的能帶結構與通常的半導體不同，導帶和價帶在費米面處交疊，使得導帶和價帶之間存在完美的對稱性。……