石墨烯在锂电池中的应用研究.docx

LUOYANGNORMALUNIVERSITY

2015届本科毕业论文

石墨烯在锂离子电池材料中的应用研究

院（系）名称化学化工学院专业名称化学工程与工艺学生姓名雷丙丽学号110644058指导教师刘丰讲师完成时间2015年04月

石墨烯在锂离子电池材料中的应用研究
摘要：石墨烯是单原子层紧密堆积的一种特殊石墨材料，在电学、热学、力学等方面具有独特的构造和优良的功能，可以发挥其重要的作用。因为石墨烯具有较高的电导率、超大的比表面积、高的化学稳定性等优良的化学和物理特性，所以它在锂离子电池材料中的研究引起了人们的广泛关注。文章不仅综述了石墨烯的结构和制备工艺以及改性方法，而且介绍了石墨烯作为锂离子电池材料的最新研究进展，还分析了石墨烯各制备和改性方法对锂离子电池材料的影响，并对石墨烯在锂离子电池材料中应用的发展趋势进行了展望。
关键词：石墨烯；锂离子电池材料；电化学

Theapplicationofgrapheneinlithium-ionbatterymaterialsresearch
Abstract：Grapheneisasingleatomiclayerclosepackingofakindofspecialgraphitematerial,suchaselectrical,thermalandmechanicalaspectshasuniquestructureandexcellentperformance,canplayitsimportantrole.Becauseofpropertiesofhighelectricalconductivity,largesurfacearea,andchemicalstability,grapheneholdsgreatpromisingforpotentialapplicationsinelectrodematerialsforlithium-ionbattery,itisinthelithium-ionbatterymaterialsresearchhasattractedwidespreadattention.Articlesummarizesthemodificationofgrapheneandgrapheneisintroducedasanewresearchprogressofthelithium-ionbatterymaterials,grapheneisanalyzedtheinfluenceofthepreparationandapplicationsofgrapheneinlithium-ionbatterymaterialdevelopmenttrendisprospected.
Keywords：graphene;themodificationofgraphene;lithium—ionbatterymaterial

1引言
近几年来，为了进一步实现可持续发展，锂离子电池受到人们的普遍关注，世界各国开始对环保的可再生新能源的运用和开发投入了非常大的科技技术和资金，而新能源材料的开发一直是能源研究领域的热点。近几年来，电子产业的发展非常迅速，电子产品的功能越来越多，手机、电脑等对电池的电化学性能的要求越来越高。然则仅随着电动车、汽车等新能源产业的迅速发展，二次电池的开发迫在眉睫。未来锂离子电池也可能作为电动汽车的动力电源系统之一。因而，开发安全性比较高、能量密度比较大的锂离子电池材料是目前研究方向的热点之一。
锂离子电池有许多优点，包括能量密度大、无记忆效应、无污染、使用寿命长以及自放电率小，是环保电池，并呈现出快速发展的势态[1]。在1970年前后，随着对嵌入化合物的研究，人们发现了锂离子可在TiS2和MoS2等嵌入化合物的晶格中嵌入或脱出。1983年，首次建立了以碳/石墨材料作为负极，以金属锂作为正极的锂离子电池体系[2]。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。碳/石墨材料是目前商业化使用的负极材料，其来源丰富、成本低、能量密度高、稳定性高，但石墨烯在最低能量下会发生重排,其结构会从标准的六元碳环转变为包含五元环和七元环的杂乱结构,从而形成结构缺陷。因而，摸索新型的负极材料以达到锂离子电池的须要可以作为探究的方向。2004年，英国的曼彻斯特大学安德烈-海姆教授和他的同事们[3]第一次运用微机械力从石墨上剥离出非常薄的石墨烯碳层。由于石墨烯非凡的构造和性能，在国内掀起了研究热潮，其中石墨烯在锂离子电池的电极材料中的应用研究一样也得到了普遍关注。
2石墨烯的结构与制备
2.1石墨烯的结构
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂