石墨烯锂电池 ppt课件
大幅提升锂离子电池的充 电效率，且不会对电池的 其他性能造成损害。
尺寸和重量均将变小，而且 能量储存密度得到了数十倍 的提高，使其续航时间长。
石墨烯作为导电添加剂，电阻 小，散热少，对增强电池的稳 定性、安全性，延长电池使用 寿命有很大作用。
石墨烯与传统锂电池对比
12 传统锂电池 石墨烯电池
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效应锂电池工作原理 Nhomakorabea石墨
烯
石墨 烯
石墨烯在用作锂电池负极材料的优势：
1、具有超大比表面积，可降低电池极化， 从而减少因极化造成的损失
2、具有良好的导电和导热性能 3、片层尺度小，缩短了Li+ 在石墨烯片层之 间的扩散路径；有利于提高电池功率性能
石墨烯锂电池的优越性能
加入石墨烯材料，同等 体积，容量扩大五倍以 上。
耐高温的石墨烯锂电池
高导电性的石墨烯
石墨烯锂电池
石墨烯锂电池
石墨烯
什么是石墨烯、石墨烯锂电池
石石墨墨烯烯锂是电一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢 池晶是格利的用平锂面离薄子膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
在石墨烯表面和 电极之间快速大 量穿梭运动的特 性而开发出的一 种新能源电池。
石墨烯锂电池的应用
电压高、能量密度 大、循环性能好、 自放电小、无记忆
石墨烯精品PPT课件
• C元素的同素异形体 石墨（Graphite）——
层状结构，每一层中的碳按六方 环状排列，上下相邻层通过平行 网面方向相互位移后再叠置形成 层状结构，位移的方位和距离不 同就导致不同的多型结构。
金刚石（Diamond）—— 四面体结构，四个碳原子占 据四面体的顶点。
石墨烯的基本知识
2004 年 首 次 制 成 石 墨 烯 材 料 。 这是目前世界上最薄的材料， 仅有一个原子厚。石墨烯的 发现推翻了所谓“热力学涨 落不允许二维晶体在有限温 度下自由存在”的原有认知， 震撼了整个物理界。
2010年10月5日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布， 将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科 学家A. K. Geim和K. S. Novoselov，以表彰他们在石 墨烯材料方面的卓越研究。
石墨烯 基本概念
石墨烯 神奇特性 石墨烯
新闻时讯
石墨烯 制备方法
石墨烯 研究进展
G 制造天梯 的材料？
它是已发现强度最高的材料，比钻石还 坚硬，是最好的钢铁强度的100多倍。
八大预言
太空梯
千年虫
太空卫士
通讯卫星
太空核动力
预防地震
大脑备份
人体冷冻术
《天堂的喷泉》讲述了两 千年前，在赤道附近的岛 国塔普罗巴尼发生了一场 血腥的宫廷政变，暴君卡 利达萨借机上台。此人并 不满足于人间的欢乐，他 要在高山之巅建造天国， 向天神挑战，由是诞生了 “天堂的喷泉”。
远远超过了电子在一般导体中的运动速度（非常高的电子迁移率）。
石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的 情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面 就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。
石墨烯基固态柔性锂电池简介演示
汇报人：
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目 录
• 引言 • 石墨烯基固态柔性锂电池概述 • 石墨烯基固态柔性锂电池的制造
工艺和技术 • 石墨烯基固态柔性锂电池的性能
表现与测试
CATALOGUE
目 录
• 石墨烯基固态柔性锂电池的市场 前景与挑战
• 研究展望与未来发展建议 • 参考文献
降低生产成本
通过开发新的制备工艺和优 化生产流程，降低石墨烯基 固态柔性锂电池的生产成本 ，以促进其在电动汽车、可 穿戴设备等领域的应用。
加强安全性和可 靠性研究
针对石墨烯基固态柔性锂电 池在高温、低温、快速充放 电等极端条件下的安全性和 可靠性问题，应加强研究， 确保其在不同应用场景下的 稳定性和可靠性。
备。
研究目的和意义
研究石墨烯基固态柔性锂电池的目的是为了提高电池的能量 密度、安全性和循环寿命，同时实现电池在曲面和便携式设 备中的应用。
该研究的意义在于推动电池技术的创新发展，满足人们对高 能量密度、安全性和便携性的需求，为未来的能源存储和便 携式设备市场提供新的解决方案。
02
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石墨烯基固态柔性锂电池概述
石墨烯基固态柔性锂电池的定义与特点
定义
石墨烯基固态柔性锂电池是一种以石墨烯为基础材料，采用固态电解质代替传 统液态电解质的柔性电池。
特点
具有高能量密度、长寿命、快速充放电、安全性好、柔性可弯折等特点。
石墨烯基固态柔性锂电池的工作原理
正极材料
通常采用锂过渡金属氮化物或磷化物等材料 。
电池结构设计与优化
电池结构设计
石墨烯基固态柔性锂电池的结构设计需要充分考虑电池的柔性和稳定性。通常采用多层结构，包括石 墨烯电极层、固态电解质层、集流体等。
3-石墨烯材料及其锂离子电池中的应用PPT课件
2021/7/23
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为什么选择石墨烯？
➢可以直接作为锂离子电池的负极，制备柔性锂离子电池 ➢可以用作修饰提高负极的电容量 ➢可以提高电极电导率同时作为电流收集物质。 ➢可以降低Si基及金属氧化物负极材料的体积膨胀效应，提高使用寿命。 ➢可以缩短锂离子电池的充电时间和增加锂离子电池的功率密度。
2021/7/23
1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新 了消费电子产品的面貌。今天，锂离子电池成为了便携电子器件的主要 电源。锂电池对环境的影响很小，不论生产、使用和报废，都不含有、 也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
2021/7/23
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1.2 锂离子电池的工作原理
• 锂离子电池组成：正极、负极、隔膜、线路和外壳 • 正负极材料：可供锂离子嵌入和脱出，电极电位正极＞负极 • 隔膜：通Li+，阻电子 充电：Li+：正极→负极，e：负极→正极 放电：Li+：负极→正极，e：正极→负极
3
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2 、实验设计与过程 2.1 石墨烯复合粒子的制备 (1)石墨烯/Fe3O4的制备
将一定量的 50ml石墨烯水溶液、0.5gFeSO4·7H2O和0.125gFeCl3·6H2O加入到三口瓶 中，置于恒温水浴锅中，搅拌1h后，将一定浓度的NaOH溶液(0.1g/5ml)缓慢滴加到 烧瓶中。滴加完毕后，40度继续反应1h。反应停止后，待反应液冷却至室温，离心 分离，用蒸馏水反复洗涤直至pH=7.0，移去上层清液，在60℃下真空干燥24h。 (2)石墨烯/CuO的制备
石墨烯膜材料在锂离子 电池电极中的应用 ---应用1 负极
2021/7/23
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二次电池分类 正极体系 负极体系 隔膜体系
2024版《石墨烯的研究》PPT课件
目录•引言•石墨烯的基本性质•石墨烯的制备方法•石墨烯的应用领域•石墨烯的挑战与前景•结论引言石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料。
石墨烯具有极高的电导率、热导率和机械强度等优异性能。
石墨烯的发现引起了科学界的广泛关注，被认为是未来材料科学的重要发展方向之一。
石墨烯的背景与概念0102 03推动材料科学的发展石墨烯作为一种新型材料，其研究有助于推动材料科学的发展，为制备更高性能的材料提供新的思路和方法。
促进相关产业的发展石墨烯的优异性能使其在电子、能源、生物等领域具有广泛的应用前景，其研究有助于促进相关产业的发展。
提高国家科技实力石墨烯作为一种具有重要战略意义的材料，其研究水平的提高有助于提高国家的科技实力和竞争力。
石墨烯的研究意义国内研究现状国内石墨烯研究起步较早，目前已经取得了一系列重要成果，包括石墨烯的制备、表征、应用等方面。
国外研究现状国外石墨烯研究也非常活跃，许多国际知名大学和科研机构都在开展石墨烯相关的研究工作。
发展趋势未来石墨烯的研究将更加注重应用基础研究，探索石墨烯在各个领域的应用潜力，同时加强石墨烯的规模化制备和产业化应用等方面的研究。
国内外研究现状及发展趋势石墨烯的基本性质石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
二维碳纳米材料石墨烯中的碳原子以六边形进行排列，每个碳原子与周围三个碳原子通过σ键相连，形成稳定的晶格结构。
碳原子排列方式石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm ，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子均为sp2杂化。
原子尺寸零带隙半导体石墨烯是一种零带隙半导体，其载流子在狄拉克点附近呈现线性色散关系，具有极高的载流子迁移率。
高电导率由于石墨烯中载流子的特殊性质，其电导率极高，甚至超过铜等传统导体。
量子霍尔效应在低温强磁场条件下，石墨烯会表现出量子霍尔效应，这是其独特电学性质之一。
石墨烯的强度极高，其抗拉强度是钢铁的数百倍，同时具有优异的韧性。
石墨烯结构图(共28张PPT)
•
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能
需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池，那
么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电动汽
车离成为主流又更近了一步。
石墨烯时代
•
任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20
年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最
大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代〞，“现在芯片
的Model S电动汽车一次充电可以行驶265英里。然而，该公司
的CEO伊隆·马斯克上个月在接受媒体采访时表示，“一次充电
行驶500英里也是有可能的，而且我们很快就能做到这一点。
〞
•
特斯拉可能很快就会推出一次充电即可行驶500英里
的电动汽车，因为高性能石墨烯电池的研发取得了不错的进
展，而这种电池的输出密度是锂离子电池的四倍。
的开展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不 ④石墨烯的发现，之所以意义重大，是因为它创造了诸多“纪录〞。
任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代〞，“现在芯
远了。因此，两人在2021年获得诺贝尔物理学奖。 片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿〞。
研究历史
①想在一秒钟内下载一部高清电影吗？石墨烯调制器的问世或许能让这个愿望得以实现。 这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的开展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。 ⑥让材料学家更为惊喜的是，石墨烯几乎完全透光，透光率在97%以上。 同时，石墨烯太阳能技术的光电转换效率高达60%，是现有多晶硅太阳能技术的2倍，这使太阳能产业的升级成为可能。 根据美国环保局公布的信息，我们知道特斯拉广受好评的Model S电动汽车一次充电可以行驶265英里。
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
石墨烯PPT课件
富勒烯（左）和碳纳米管（中）都可以看作是由单层的石墨烯通过某种方式卷成的， 而石墨（右）是由多层石墨烯通过范德华力的联系堆叠成的
机械特性
石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强 度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物 理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程 中，他们选取了一些之间在10—20微米的石墨烯微粒作为研 究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被 钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间。 之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨 烯施加压力，以测试它们的承受能力。
电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.14纳米
发展简史
石墨烯出现在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯 特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发 现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。 他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特 殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这 样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳 原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新 方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入 工业化生产的领域已为时不远了。
中国科学院物理研究所利用含碳的钌单晶在超高真空环境下经高温 退火处理可以使碳元素向晶体表面偏析形成外延单层石墨烯薄膜加热 NhomakorabeaSiC法
该法是通过加热单晶6H-SiC脱除Si，在单晶(0001) 面上 分解出石墨烯片层。具体过程是：将经氧气或氢气刻蚀处理 得到的样品在高真空下通过电子轰击加热，除去氧化物。用 俄歇电子能谱确定表面的氧化物完全被移除后，将样品加热 使之温度升高至1250~1450℃后恒温1min~20min，从而形 成极薄的石墨层，经过几年的探索，Berger等人已经能可控 地制备出单层或是多层石墨烯。其厚度由加热温度决定，制 备大面积具有单一厚度的石墨烯比较困难。
石墨烯及其在锂电池领域的应用 ppt课件
研究状况:
1. 大量导电添加剂等额外组分，尤其对于纳米材料
• 增强导电性
• 增加整体能量和功率密度
Li+
(固态 扩散)
2. 有限的单位面积负载量 • 减小传输距离，利于锂离子传输
• 提高能量密度
导电性
G-CNT
炭黑
G-CNT CNT
测试条件：0℃低温测量 正极：磷酸铁锂，负极：锂片
CNT
G-CNT
炭黑
0度循环后阻抗
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石墨烯/碳纳米管复合导电材料
在天津力神锂电池公司测试的结果
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期待和相关企业合作！
石墨烯复合导电剂在锂电池领 域的应用
什么是石墨烯？
1789年 石墨
1985年 富勒烯
1991年 碳纳米管
2004年 石墨烯
1990年 诺贝尔奖
2010年 诺贝尔奖
石墨烯：是一种由碳原子构成的单层片状结构，且只有一个碳原子厚度的二维材料。 石墨烯集合世界上最优质的各种材料品质于一身，如果说20世纪是硅的世纪，神奇 的石墨烯则是21世纪新材料的宠儿。
实现超临界法制备大批量的少层石墨烯
流体剪切剥离
石墨烯
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通过气体膨胀剥离法生产石墨烯纳米片
产量：100 吨/年 纯度：>99wt% （碳含量） 厚度：2-10 nm 直径：5-20μm （可调节） 密度：0.25g/cm3 体积电阻率：4*10-4 ohm.cm 方阻：100-300Ω/□
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技术创新性与先进性
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石墨烯用于锂电池及电动汽车
满足国家需求
石墨烯-最终版PPT课件
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小结
这种方法生长石墨烯是最有可能实现C 基集成 电路的有效途径之一。但单晶SiC的价格昂贵，石墨 烯的制作成本非常高，生长条件苛刻，目前还难以实 现大面积制备。
在可控制备及性能研究上存在着以下问题： 外延石墨烯的可控生长机制有待进一步深入研究， 其生长的可控性(层数、晶畴大小、大面积均匀一致 性)有待进一步增强。
机械剥离法 化学气相沉积法（CVD） 表面外延生长法 氧化石墨还原法 ……
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利用机械力将石墨烯片从高度定向热解石墨表面剥离开来 的制备方法。Geim等就是采用微机械剥离法得到了石墨 烯，并进行了表征 ，他们将薄片的两面粘在一种特殊的胶 带上，通过撕开胶带将石墨烯剥离开，制备的石墨烯片最 大宽度可以达到10um以上。目前，该法仍是制备石墨烯 最简单直接的方法。
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石墨烯的性质
极高的载流 子迁移率， 常温下超过 15000 cm2/V·s
世界上电 阻率最小 的材料
——多才多艺
极高的强度，理论 弹性模量1000GPa、 拉伸强度125GPa
石墨烯
良好的透光性， 单层只吸收 2.3%的光
较大的比表 面积 2600m2/g
导热系数高达
5300W/m·K
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石墨烯的制备
表面外延生长法 机械剥离法
化学气相沉积法
氧化石墨还原法
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表面外延生长法
表面外延生长法是渗碳原 理的进一步推广，提高了 石墨烯的晶体完整度，但 该法的成本比前面两种方 法更高。
氧化石墨还 原法
机械剥离法
表面外延生长法
化学气相沉积法
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其他方法如有机合成法、 直接超声剥离法甚至生物 还原法等都提供了可供借 鉴的思路。将不同的方法 结合起来也有一定的前景。
石墨烯材料PPT课件
1985
第7页/共111页
石墨烯的晶格结构与其相应的倒格矢空间
第8页/共111页
石墨烯能带结构
第9页/共111页
石墨烯层数的表征方法
（1）扫描隧道显微镜（STM）
具有很高的空间分辨率，横向为 0.1~0.2nm，纵向可达0.001nm。
单层石墨烯厚度只有0.335nm
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（2）原子力显微镜表征
石墨烯的组成与结构
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石墨简介
石墨（graphite）是一种结晶形碳。 六方晶系,为铁墨色至深灰色。密度 2.25克/厘米3,硬度1.5,熔点3652℃, 沸点4827℃。质软,有滑腻感,可导 电。
化学性质不活泼,耐腐蚀,与酸、 碱等不易反应。在空气或氧气中加 强热,可燃烧并生成二氧化碳。强氧 化剂会将它氧化成有机酸。
研究人员发现单氢化及双氢化锯齿状边的石墨烯具有铁磁性。此外，通过对 石墨烯不同方向的裁剪及化学改性可以对其磁性能进行调控。研究表明分子在石 墨烯表面的物理吸附将改变其磁性能。例如氧的物理吸附增加石墨烯网络结构的 磁阻，位于石墨烯纳米孔道内的钾团簇将导致非磁性区域的出现。
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石墨烯的优异特性
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• 分数量子霍尔效应和异常量子霍尔效应
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整数量子霍尔效应
1985年的诺贝尔物理学奖
量子霍尔效应只发生于二维导体。这效应促成了一种新度
量衡标准，称为电阻率量子（resistivity quantum）
h/e2；垂直于外磁场的载流导线，其横向电导率会呈现量
子化值。称这横向电导率为霍尔电导（Hall
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•外延生长法