石墨烯锂离子电池负极材料专利技术分析
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用摘要：随着近几年石墨烯的研究进展，在复合材料领域石墨烯扮演的角色越来越重要。
随着科技的发展，锂离子电池应用的范围越来越广。
负极材料作为锂离子电池重要部分，越来越多的被人们研究开发。
基于此，文章就锂离子电池负极材料中石墨烯的应用加以分析和探讨。
关键词：锂离子电池；负极材料；石墨烯随着科技的发展，锂电池凭借高电压、高能量密度、良好的循环性能、低自放电等突出优势在人们生活中的应用越来越广泛。
在锂离子电池中电位比较低的一端叫负极，在原电池中起氧化作用。
锂电池中负极所需要的材料为负极材料。
根据实际生产中锂离子电池生产成本核算，负极材料成本约占比锂电池总成本的1/4~1/3，因此负极材料的研究至关重要。
一、什么是石墨烯石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格而形成的一种异形体。
自然界中有许多它的“同胞兄弟”如石墨、钻石、碳、碳纳米管。
这些都是碳的其他异形体。
石墨烯他的化学结构很简单，作为一种新型的材料，将会变得极其容易获得，不会像之前难以获得的材料那么昂贵，这将会使价格变得低廉，也让人们更容易所接受。
再说它的空间结构，它的形状是一种类似足球比赛中守门员的球网，是一种薄膜，是一种六角型晶格平面的薄膜，是一种只有一个碳原子的厚度二维材料，是一种新型的、坚固的二维材料，这就区别了和三维材料的区别，在后面我们会说出石墨烯也是可以由二维材料变成三维材料的。
石墨烯具有一些不同于其他材料的一些特性，他是最坚固的材料，它能传导热量和电能，它几乎是透明的。
所以相较于之前用于储能材料，和用于光电催化方面的材料，石墨烯具有着一些得天独厚的优势，也意味这在这些方面上，石墨烯将会得到更为广泛的使用。
二、石墨烯的制备技术目前我们国家在研究石墨烯生产方法时主要有两个方向，分别是物理法制备和化学法制备。
利用微机械剥离法能够得到高质量的石墨烯，但是由于此种方法处理出来的石墨烯通常尺寸较小，应用范围不广阔因此并不适合大规模生产，目前比较适用的还是化学方法，化学方法总共分为两种，一种是化学气象沉积法，这种方法通常是用Ni，Ru等一些过度金属来做基底，在利用甲烷和乙烯等一些小分子来高温气态的条件下发生一些化学反映，在基底层可以生长出石墨烯，这种方法目前主要用来制备墨烯薄膜，但是由于使用过渡金属作为基底，成本相对比较高。
锂离子电池负极材料的研究现状
锂离子电池负极材料的研究现状随着现代电子技术的飞速发展，电池已经成为日常生活和工业生产中必不可少的能源供应装置。
锂离子电池作为一种高性能、环保的电池类型，已经成为了现代电子产品中的重要能源供应方式。
锂离子电池的实际应用和发展离不开负极材料的研究和开发。
因此，本文主要讨论负极材料在锂离子电池中的研究现状及其发展趋势。
锂离子电池的工作原理是，在充电过程中锂离子从正极（如LiCoO2）向负极移动，而在放电过程中锂离子从负极（如石墨）向正极移动。
因此，负极材料是锂离子电池中的重要组成部分。
在过去的十年中，锂离子电池的负极材料已经发生了很大的变化和进步，新的材料不仅有更高的存储容量，而且充放电速度更快，循环寿命更长。
石墨负极材料是锂离子电池的主要负极材料。
然而，由于石墨本身的容量限制以及其充放电速率性能的限制，石墨已经不能完全满足现代电子技术的发展需求。
为了解决这些问题，许多新的负极材料已经开始用于锂离子电池中。
硅材料作为一种有前途的锂离子电池负极材料，因其高存储电容量（4200mAh/g）而引起了广泛的关注。
然而，硅材料具有体积膨胀问题，这在充放电循环过程中会导致硅微粒的损失，从而降低电池性能。
为了解决这一问题，许多研究人员提出了许多方法，例如制备纳米尺寸的硅颗粒、使用聚合物涂层来固定硅微粒以及将硅微粒包在奈米碳管或氧化石墨烯中等等。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层晶格结构材料，其具有高的表面积和优异的导电性能，成为了锂离子电池负极材料的又一有前途的候选材料。
叠层石墨烯纳米片与碳纳米管复合材料，可以有效克服传统石墨材料的容量限制和电导率问题，大大改善了负极材料的性能。
金属氧化物和磷酸盐等化合物也被广泛研究和应用作为锂离子电池负极材料。
这些化合物具有更高的存储容量，更长的寿命和更稳定的性能。
总的来说，在锂离子电池负极材料的研究中，石墨、硅材料、石墨烯以及金属氧化物和磷酸盐等新型负极材料，都是当前研究的热点。
石墨烯用作锂离子电池负极材料的电化学性能
第7卷第3期2012年3月乂0亿7 ^0.3麻.2012石墨烯用作锂离子电池负极材料的电化学性能高云雷，赵东林，白利忠，张霁明，张凡，谢卫刚(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〉摘要：以天然鳞片石墨为原料，通过氧化、离心分离、低温氢气还原和超声分散处理制备了高品质的石墨烯片(卜^层）。
采用透射电镜(丁扮^)、高分辨透射电镜毋尺丁0^、傅里叶变换红外光谱汗丁-汉)、拉曼光谱、乂-射线 衍射(―)等测试方法对石墨烯的结构和形貌进行了研究。
通过恒流充放电、循环伏安法(匸乂)和交流阻抗译。
）等手段研究了石墨烯用作锂离子电池负极材料的电化学性能。
结果表明在0.2 01入化1112的电流密度下石墨烯首次可逆比容量为1005 1^8，经过30个循环后放电比容量保持在609 在大电流密度下放电容量仍然能保持576111入11/8，表明石墨烯负极材料具有优异的倍率性能。
关键词：石墨烯；电化学性能，锂离子电池；负极材料中图分类号：0613.71；0646文献标志码：八文章编号：2095-2783(2012)03-0201-5^16011*0011611110&10丨运1^^)116116^1166^注89110^6111^^1*1^1文0丨11111111111-1011 13311:61*1680^0 ^1111161，21130 1)00^1111，8^1 1,1211011^，211311^ 11111111^，211311^ ？&II，^16^8^6 X印 1^0恤07 0^0^1617110011 ^65011^06 五邮竹66咖宕,^1)0^0^ 0^00^01^1 1^11)6^ 咖过1^11^10(10^1⑶8，141^11811^ 0^^3x100X10^ 861^1^1/171^6^51^ 0了0^1617110^1及…如/叹V，861/1^100029，（^如）^5811*301： ^6 ^1*61)^16(1 匕运匕 ^11&111^ ^^116116 8116618 界衍！这 011116(1 11101^11010^ 0011813^111^ 0【& 111111I？&1561'-111^6 81111011116 311(1『洲61 化游〔1—41町奶)^218 13661115哪咖过&0111113加：这1疫叩扮访0x1(^011，化如职!!16(111。
锂电池负极材料的研究进展及展望分析
锂电池负极材料的研究进展及展望分析目前锂电池负极材料的研究主要集中在碳基材料、硅基材料、金属氧化物等方面。
这些材料在锂电池中都有其独特的优势和局限性，而且针对不同种类的锂电池，对负极材料的要求也有所不同。
对这些负极材料的研究和发展，将有助于提高锂电池的性能和推动新一代电池技术的发展。
碳基材料一直是锂电池负极材料的主要研究方向之一。
石墨、石墨烯、碳纳米管等碳材料，因其导电性好、比表面积大、化学稳定性高等特点，被广泛应用于锂电池负极材料中。
通过控制碳材料的结构和微观形貌，可以有效提高其对锂离子的嵌入/脱嵌能力，提高其循环稳定性和倍率性能。
不过，碳材料在储锂过程中很难实现高容量储存，这一问题已成为碳基负极材料的研究难点之一。
硅基材料也是当前锂电池负极材料的研究热点。
与碳材料相比，硅具有更高的理论储锂容量，因此被认为是一种非常有前景的锂离子电池负极材料。
硅材料在锂离子嵌入/脱嵌过程中会发生体积膨胀，导致材料结构破坏，电化学活性和循环寿命大大降低。
为了解决硅材料的这一问题，研究者们通过合成纳米结构的硅材料、设计多孔结构、以及与碳等材料的复合等方法，取得了一些积极的进展，但仍然存在一定的挑战。
在未来，锂电池负极材料的研究将朝着以下几个方向发展：通过材料设计与合成新型的碳基材料，以提高其储锂容量，并且降低材料的制备成本。
研究者也将继续探索碳材料的微观结构与电化学性能之间的关系，找出铁电影响碳材料电化学行为的机理。
将进一步发展硅基负极材料的制备技术，通过纳米结构设计、表面涂层等方法，提高硅材料的循环稳定性和倍率性能。
也将探索硅基材料与其他材料的复合应用，以扩展硅材料在锂电池中的应用范围。
对金属氧化物的研究也将继续深入，以寻找新型金属氧化物材料，并且改进其结构与性能。
研究者也将进一步研究金属氧化物的嵌入/脱嵌机制，以解决其循环稳定性问题。
随着锂电池技术的不断发展和应用需求的不断增加，对锂电池负极材料的研究也将持续深入。
锂离子电池负极材料石墨的改性分析课件
石墨的改性需求和重要性
01
为了提高石墨的电化学性能和锂离子电池的整体性能，需要对 石墨进行改性处理。
02
பைடு நூலகம்
改性处理可以改善石墨的层间结构和稳定性，提高其可逆容量
和循环寿命。
改性处理还可以改善石墨的体积效应和安全性问题，提高锂离
03
子电池的能量密度和安全性。
02
石墨改性技术
表面涂层技术
表面涂层技术是指在石墨表面涂覆一层具有保护、增强和改性作用的涂层，以提 高石墨的电化学性能和稳定性。
烯片层堆叠而成。
石墨具有高导电性和高导热性， 以及良好的化学稳定性和耐腐蚀
性。
石墨的层间相互作用力较弱，容 易发生层间滑移。
石墨在锂离子电池中的应用
石墨作为锂离子电池 负极材料具有良好的 电化学性能和稳定性 。
石墨在锂离子电池中 具有良好的充放电性 能和循环寿命。
石墨具有较高的理论 容量和较低的嵌锂电 位，能够提供较高的 能量密度。
锂离子电池负极材料石墨的改性 分析课件
contents
目录
• 石墨材料概述 • 石墨改性技术 • 石墨改性的实验方法和结果分析 • 石墨改性在锂离子电池性能上的影响 • 石墨改性的未来研究方向和挑战 • 参考文献
01
石墨材料概述
石墨的物理和化学性质
石墨是一种层状结构的碳材料， 其晶体结构由二维蜂窝状的石墨
实验结果分析
石墨与硅基材料混合后，容量 和循环性能得到显著提升
高温处理后，石墨的层间距增 大，有利于锂离子的嵌入和脱
电化学测试结果表明，改性后 的石墨具有更高的比容量和更 稳定的循环性能
结果比较和讨论
与未改性的石墨相比，改性后的 石墨具有更高的能量密度和更长
锂离子电池新型负极材料的研究
锂离子电池新型负极材料的研究本文着重介绍了锂离子电池负极材料金属基（Sn基材料、Si基材料）、钛酸锂、碳材料（碳纳米管、石墨烯等）的性能、优缺点及改进方法，并对这些负极材料的应用作了进一步展望。
锂离子电池因具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、自放电小及环境友好等显著优点，已被广泛用于3C电子产品(Computer，ConsumerElectronic和Communication)、储能设备、电动汽车及船用领域。
锂离子电池的能量密度（170Wh/kg），约为传统铅酸蓄电池的3～4倍，使其在动力电源领域具有较强的吸引力。
而负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一，可见负极材料在锂离子电池化学体系中起着至关重要的作用，其中研究较为广泛的锂离子电池负极材料为金属基（Sn基材料、Si基材料）、钛酸锂、碳材料（碳纳米管、石墨烯等）等负极材料。
金属基材料1.1锡基材料目前锡基负极材料主要有锡氧化物和锡合金等。
1.1.1锡氧化物SnO2因具有较高的理论比容量（781mAh/g）而备受关注，然而，其在应用过程中也存在一些问题：首次不可逆容量大、嵌锂时会存在较大的体积效应（体积膨胀250%～300%）、循环过程中容易团聚等。
研究表明，通过制备复合材料，可以有效抑制SnO2颗粒的团聚，同时还能缓解嵌锂时的体积效应，提高SnO2的电化学稳定性。
Zhou等通过化学沉积和高温烧结法制备SnO2/石墨复合材料，其在100mA/g的电流密度下，比容量可达450mAh/g以上，在2400mA/g电流密度下，可逆比容量超过230mAh/g，实验表明，石墨作为载体，不仅能将SnO2颗粒分散得更均匀，而且能有效抑制颗粒团聚，提高材料的循环稳定性。
1.1.2锡合金SnCoC是Sn合金负极材料中商业化较成功的一类材料，其将Sn、Co、C三种元素在原子水平上均匀混合，并非晶化处理而得，该材料能有效抑制充放电过程中电极材料的体积变化，提高循环寿命。
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展结合当前利用石墨烯材料特殊二维结构、优良物理化学特性来改善锂离子电池较低能量密度、较差循环性能等缺陷的研究热点，综述石墨烯材料及石墨烯复合材料在锂离子电池负极材料中的应用研究进展，指出现有电极材料的缺陷和不足，讨论作为锂离子电池电极的石墨烯复合材料结构与功能调控的重要性，并简要评述石墨烯在相关领域中所面临的挑战和发展前景。
标签：石墨烯;锂离子电池;负极材料石墨烯是一种结构独特并且性能优异的新型材料，它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1，2]。
由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，特别是在未来实现基于石墨烯材料的高能量密度、高功率密度应用有着非常重要的理论和工程价值。
理想的石墨烯是真正的表面性固体，其所有碳原子均暴露在表面，具有用作锂离子电池负极材料的独特优势：（1）石墨烯具有超大的比表面积，比表面积的增大可以降低电池极化，减少电池因极化造成的能量损失。
（2）石墨烯具有优良的导电和导热特性，即本身已具有了良好的电子传输通道，而良好的导热性确保了其在使用中的稳定性。
（3）在聚集形成的宏观电极材料中，石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨的，这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径较短;而且片层间距也大于结晶性良好的石墨，更有利于Li+的扩散传输。
因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子电池功率性能的提高。
1 石墨烯直接作为锂离子电池负极材料商业化锂离子电池石墨负极的理论容量为372 mAh/g。
为实现锂离子电池的高功率密度和高能量密度，提高锂离子电池负极材料的容量是一个关键性问题。
无序或比表面积高的热还原石墨烯材料具有大量的微孔缺陷，能够提高可逆储锂容量。
因此，相对石墨材料，石墨烯的储锂优点有：（1）高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入?脱嵌，比容量可达到700～2000 mAh/g，远超过石墨材料的理论比容量372 mAh/g（LiC6）;（2）高充放电速率：多层石墨烯材料的面内结构与石墨的相同，但其层间距离要明显大于石墨的层间距，因而更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。
石墨烯在锂电池中的应用研究资料
石墨烯在锂电池中的应用研究资料石墨烯是一种由碳原子构成的单原子厚的二维材料，具有良好的导电性、热导性和力学性能，因此在电池领域具有广阔的应用前景。
本文将从石墨烯在锂电池正负极材料以及电解液中的应用角度，综述石墨烯在锂电池中的研究进展。
一、石墨烯在锂电池正极材料中的应用研究锂离子电池的正极材料主要有锂钴酸盐（LiCoO2）、锂铁磷酸盐（LiFePO4）等。
石墨烯在锂电池正极材料中的应用主要体现在两个方面：增强材料的导电性和改善电化学性能。
1.增强材料的导电性：石墨烯具有优异的电导率，将其与正极材料进行复合可以显著提高其导电性能。
例如，将石墨烯与LiCoO2进行复合制备出的复合材料可以提高锂离子的扩散速率和材料的导电性能，从而提高了锂电池的放电容量和循环寿命。
2.改善电化学性能：石墨烯与正极材料之间的复合可以提高材料的电化学性能。
石墨烯不仅可以增加正极材料的导电性，还可以改善其电化学反应的动力学过程，减小锂离子的插入／脱出电阻。
因此，利用石墨烯与正极材料的复合可以提高正极材料的容量、循环寿命和功率密度。
二、石墨烯在锂电池负极材料中的应用研究锂离子电池的负极材料主要有石墨等。
石墨烯在锂电池负极材料中的应用主要体现在以下几个方面：提高材料的电子传导性、增加锂离子的扩散速率、改善循环稳定性以及抑制锂金属的钝化现象。
1.提高电子传导性：石墨烯与石墨等负极材料的复合可以提高材料的电子传导性，从而降低电阻，改善电池的功率输出性能。
2.增加锂离子的扩散速率：石墨烯具有二维结构，可以提供更多的锂离子插入位点，增加锂离子的扩散速率，提高电池的充放电速度。
3.改善循环稳定性：石墨烯与石墨等负极材料的复合可以形成更稳定的结构，抑制材料的体积膨胀，从而提高电池的循环寿命。
4.抑制锂金属的钝化：在锂金属负极中加入石墨烯可以改善锂电池的充放电性能，减少锂金属负极表面的簧曲现象，提高电池的循环寿命。
三、石墨烯在锂电池电解液中的应用研究1.增加电解液的导电性：将石墨烯引入锂离子电池的电解液中可以提高电解液的导电性，减小电池的内阻，提高电池的放电容量和功率密度。
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石墨烯锂离子电池负极材料专利技术分析
石墨烯在电池领域的应用一直备受关注，特别是在锂离子电池负极材料方面，石墨烯
具有优异的导电性、高比表面积和良好的机械性能，使其成为一种理想的锂离子电池负极
材料。
在石墨烯锂离子电池负极材料方面，一些专利技术成果已经出现，并在该领域取得
了一定的进展。
本文将对石墨烯锂离子电池负极材料的专利技术进行分析，探讨其在电池
领域的应用前景和发展趋势。
专利技术一：一种石墨烯复合负极材料及其制备方法
该专利技术涉及一种石墨烯复合负极材料及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：1）将石墨烯与导电剂进行混合，得到石墨烯混合物；2）将石墨烯混合物与锂离子电池负
极材料进行混合，得到石墨烯复合负极材料。
该专利技术通过将石墨烯与导电剂进行混合，能够提高石墨烯的导电性能，增强其在锂离子电池负极材料中的应用性能，有利于提高锂
离子电池的循环性能和倍率性能。
综合上述专利技术，可以看出石墨烯在锂离子电池负极材料领域的应用主要集中在提
高其导电性能、改善其分散性和与锂离子电池负极材料的结合性，从而提高锂离子电池的
循环性能和倍率性能。
随着石墨烯制备技术的不断进步和成本的降低，相信石墨烯在锂离
子电池负极材料领域的应用前景将会更加广阔。
需要注意的是，目前石墨烯在锂离子电池负极材料领域的应用还存在一些挑战，如石
墨烯的大规模制备技术、石墨烯与锂离子电池负极材料的结合机制等问题仍待解决。
在未
来的研究中，需要进一步深入探讨石墨烯在锂离子电池负极材料领域的应用机制，寻找更
加有效的解决方案，以推动石墨烯在锂离子电池领域的应用取得更大的突破。