碳作為單一元素可形成像零維碳納米球、一維碳納米管、二維石墨烯等多種碳納米結(jié)構(gòu),它們在鋰離子和鋰硫電池中的表現(xiàn)也有所不同。需要闡明的是,碳納米管和石墨烯由于具有以下缺點(diǎn)不適合直接作為鋰離子或鋰硫電池電極材料:（1）第一次不可逆容量大,首次充放電效率低;（2）在充放電曲線中電壓滯后現(xiàn)象嚴(yán)重;（3）缺少穩(wěn)定的電壓平臺(tái);（4）容量衰減快�？茖W(xué)家們一直在為獲得具有更高能量密度和更廣闊應(yīng)用前景的鋰離子電池和鋰硫電池而努力,由于可充電電池的性能主要取決于陰極和陽極的性能,因此,設(shè)計(jì)先進(jìn)的電極材料以及制備具有特定成分和結(jié)構(gòu)的電極成為近年來的研究熱點(diǎn)。本文綜述了碳納米材料在構(gòu)建高性能鋰離子、鋰硫電池電極材料和特定電極方面的作用。首先,從促進(jìn)電子和離子傳輸、固定多硫化物位置以及緩沖體積膨脹三個(gè)方面討論了碳納米材料在修飾電活性材料的作用;其次,從作為導(dǎo)電添加劑、電流集流體和導(dǎo)電中間層三個(gè)方面討論了碳納米材料在最優(yōu)化非活性組分的作用;然后,從作為非導(dǎo)電基體上的導(dǎo)電相、柔性電流集流體和自支撐復(fù)合電極三個(gè)方面討論了碳納米材料在柔性電池設(shè)計(jì)的作用。最后,本文對碳納米材料的未來發(fā)展趨勢作了概述,兼具多種功能的碳納米材... 

【文章來源】：材料工程. 2020,48(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

碳納米/電活性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模型示意圖(其中紅色代表電活性材料,藍(lán)色代表碳納米材料)[27]

圖1 碳納米/電活性復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模型示意圖(其中紅色代表電活性材料,藍(lán)色代表碳納米材料)[27]Wang等[30]還制備了氮摻雜石墨烯氣凝膠改性的LiFePO4正極材料,如圖3所示。其中,(010)面取向的LiFePO4納米片被氮摻雜的石墨烯氣凝膠包裹,它具有三維多孔結(jié)構(gòu),比表面積高達(dá)199.3 m2·g-1。在這一復(fù)合物中,氮摻雜的石墨烯氣凝膠交織的多孔網(wǎng)絡(luò)為快速的電子和鋰離子傳輸提供了通道,而具有大的(010)比表面積的LiFePO4納米片提高了鋰活性位點(diǎn),縮短了鋰擴(kuò)散距離。電化學(xué)測試表明,氮摻雜石墨烯氣凝膠改性的LiFePO4正極材料具有極高的倍率性能,達(dá)78 mAh·g-1 @100C。循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異,在10 C的放電倍率下,循環(huán)1000次容量保持率達(dá)89%。

Yang等[53]比較了石墨烯導(dǎo)電添加劑和商品導(dǎo)電添加劑對LiFePO4軟包電池的影響,如圖4所示。商品導(dǎo)電添加劑一般添加7%的炭黑和3%的導(dǎo)電石墨,Yang的研究表明,2%石墨烯導(dǎo)電添加劑的LiFePO4軟包電池比商品導(dǎo)電添加劑的軟包電池具有更高的容量。盡管添加石墨烯的LiFePO4由于構(gòu)建了有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)具有高容量,但從其充放電平臺(tái)曲線上可以看出它的極化較大,這是由于鋰離子傳輸通道在一定程度上被石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)阻塞了空間位阻效應(yīng),導(dǎo)致電化學(xué)反應(yīng)所需的鋰離子流量不足。也就是說,盡管石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)確保了快速的電子傳輸,但受阻的鋰離子傳輸導(dǎo)致反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的負(fù)面效應(yīng),從而導(dǎo)致較高的極化。然而,采用1%的炭黑替代部分石墨烯,電池的極化大大減弱,從而改善了鋰離子傳輸性能。2.2 作為電流集流體

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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