石墨烯-负极
石墨烯负极材料
石墨烯负极材料
石墨烯是一种新型的碳材料，具有非常出色的电导性、机械强度和热稳定性等特点，因此被广泛应用于能源存储和转化领域。
作为锂离子电池和超级电容器的负极材料，石墨烯展现出了很大的潜力。
传统的锂离子电池负极材料为石墨，但其容量有限，无法满足日益增长的能源需求。
相比之下，石墨烯具有更高的比容量和更好的电导率，能够提供更高的储能效率和更长的循环寿命。
采用石墨烯作为负极材料，能够增加充放电速率，提高电池效能。
石墨烯作为超级电容器的负极材料，也表现出了优秀的性能。
超级电容器具有高速充放电特性和长循环寿命，但能量密度相对较低。
利用石墨烯的高比表面积和高电导率，可以提高超级电容器的能量密度和功率密度，从而满足更多领域的应用需求。
此外，石墨烯还可以与金属、金属氧化物等其他材料复合，以进一步提高电池和超级电容器的性能。
例如，石墨烯与硅复合，可以增加锂离子电池的容量和循环寿命；石墨烯与氧化钛复合，可以提高超级电容器的能量密度和功率密度。
虽然石墨烯作为负极材料具有很多优势，但还存在一些挑战。
首先，石墨烯的制备成本较高，限制了其大规模商业化生产。
其次，石墨烯的可扩展性和稳定性还需要进一步改进，以满足实际应用的需求。
此外，石墨烯与电解液之间的界面问题也需要解决，以提高电池和超级电容器的性能。
总体而言，石墨烯作为锂离子电池和超级电容器的负极材料，具有很大的潜力。
随着相关技术的不断发展和完善，相信石墨烯在能源存储和转化领域将得到更广泛的应用。
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。
浅谈锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
112AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车现代化社会，各种人工智能技术、大数据平台或者是电力能源的全面发展，都在不断的提高各行业内部运行设备所需要的电能，而对于目前使用广泛的电力能源储存设备锂离子电池，怎样在保障自身效益扩大的同时，满足不同消费群体的需求，还需要作出全面改革，例如：如何扩充储锂容量、提高倍率性能及循环稳定性等，而对锂离子电池关键构件进行分析，起到核心作用的就是石墨负极材料。
对此，石墨负极材料的性能，对锂离子电池后期发展和使用效益有着决定性作用。
再加上石墨导电效率优良，还具备良好的锂离子嵌入、脱出性能，多种优势条件也最终使得石墨变成锂离子电池体系当中使用率为最高、商业化程度为最广泛的负极材料。
但是由于受石墨微观结构客观因素影响，造成石墨理论储锂容量只能达到372mA.h/g，从而出现了电解液兼容性较差、体积膨胀率过高等问题，最终严重影响到了电极能量的密度以及循环稳定性。
对此，意识到问题的严重性，若是要想让实现石墨负极材料性能综合性提升，目前已有诸多国内外重量级研究人员投入到对石墨负极材料改性研究工作当中，也做到了多角度、多层面的研究分析，同时也取得了一定的成果。
1 锂离子电池的电化学机理及石墨嵌锂机制作为一种正常锂离子浓差电池，锂离子电池可分为正极、负极、隔膜、电解液等。
设置石墨负极、LiCoO 2正极，然后综合以上因素，研究锂离子电池的工作机制，可以看出，在对其进行充电期间，清晰看到锂离子在正极LiCoO 2晶格中顺利脱出，而后锂离子循序渐进扩散到电解液中，并在最后穿过隔膜而进入到石墨负极层。
整个过程中，为充分保障电荷之间平衡度，会有同等数量的电子在正极中释放出来，并从外电流路流到石墨负极中，此时会构建出一个回路整体[1]。
而在放电过程中，负极石墨层间的锂离子又开始慢慢脱出，再经电解液，最后返回并嵌入到LiCoO 2晶格中，此时电子会经外电流路传输到正极，这样就可以实现以此充电、放电循环。
石墨烯正负极材料
石墨烯正负极材料
石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、导热性和机械性能。
在锂离子电池中，石墨烯正负极材料是关键组成部分之一。
石墨烯正极材料通常采用氧化铁锂(LiFePO4)、三元材料(NCM)或磷酸铁锂(LFP)等化合物作为主要成分。
这些化合物具有较高的能量密度和较长的循环寿命，能够提供稳定的电压平台和较高的充放电效率。
此外，石墨烯还可以通过掺杂其他元素来改善其电化学性能，例如硅、锡等。
石墨烯负极材料通常采用天然石墨、人造石墨或复合石墨等作为主要成分。
这些材料具有良好的导电性和稳定性，能够有效地吸收和释放锂离子。
此外，石墨烯还可以通过表面修饰和结构调控等方式来提高其电化学性能，例如增加表面积、改善结晶度等。
石墨烯正负极材料在锂离子电池中发挥着重要作用。
它们不仅能够提供高能量密度和长循环寿命，还能够提高电池的安全性能和稳定性。
随着石墨烯技术的不断发展和完善，相信未来会有更多新型的石墨烯正负极材料被应用于锂离子电池领域。
石墨烯负极材料
石墨烯负极材料石墨烯是一种由碳原子通过化学键连接形成的二维晶体结构，具有高度的机械强度、导电性和导热性。
石墨烯的发现引起了全球科学界的广泛关注，并被认为是未来材料科学领域的重要发展方向之一。
近年来，石墨烯在电池领域的应用也逐渐受到了人们的关注，特别是在负极材料方面的应用。
本文将介绍石墨烯作为负极材料的研究进展和应用前景。
一、石墨烯的优势作为一种新型材料，石墨烯具有以下优势：1. 高度的导电性和导热性。
石墨烯的电子在平面内运动受到很少的阻碍，因此具有极高的电导率和热导率，这使得石墨烯作为电池负极材料具有良好的传输性能。
2. 高度的机械强度。
石墨烯的单层结构非常薄，但具有高度的机械强度和韧性，这使得石墨烯在电池的循环过程中能够承受较大的应力和变形。
3. 高度的化学稳定性。
石墨烯的碳-碳键结构非常稳定，能够抵御化学腐蚀和氧化，这使得石墨烯在电池中能够长期稳定地工作。
二、石墨烯作为负极材料的研究进展目前，石墨烯作为电池负极材料的研究主要集中在以下几个方面： 1. 石墨烯的制备方法。
目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学还原法等，其中化学还原法是最常用的方法之一。
这些方法可以制备出高质量的石墨烯，为其在电池负极材料方面的应用提供了基础。
2. 石墨烯的改性。
为了进一步提高石墨烯作为负极材料的性能，研究人员对石墨烯进行了各种改性，如掺杂、氧化、还原等，以增加其容量、循环性能和稳定性。
3. 石墨烯的应用。
石墨烯作为电池负极材料的应用主要包括锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等。
研究表明，石墨烯作为负极材料具有高的比容量、良好的循环性能和高的放电平台，能够提高电池的能量密度和循环寿命。
三、石墨烯作为负极材料的应用前景随着人们对新型材料的需求不断增加，石墨烯作为负极材料的应用前景也越来越广阔。
石墨烯作为电池负极材料的应用前景主要体现在以下几个方面：1. 提高电池能量密度。
石墨烯具有高的比容量和良好的循环性能，能够提高电池的能量密度，满足人们对高能量密度电池的需求。
垂直石墨烯负极
垂直石墨烯负极是指使用垂直尺寸较小的石墨烯纳米片作为电池或超级电容器的负极材料。
石墨烯是由碳原子形成的单层二维晶体结构，具有出色的导电性、高表面积和优异的电化学性能。
垂直石墨烯负极材料能够提供更大的表面积，增加电化学反应的活性位点，从而提高电池或超级电容器的能量密度和功率密度。
垂直石墨烯负极通过纳米片的垂直方向堆积增加了材料的比表面积，并提供更多的反应位点，使得电荷储存和释放更加高效。
此外，垂直排列的石墨烯纳米片还能够提供更短的电子和离子传输路径，减少电极材料的电阻，提高充放电速率和循环稳定性。
垂直石墨烯负极材料在可再充电锂离子电池、钠离子电池和超级电容器等能源存储系统中具有潜在的应用前景。
然而，需要进一步的研究和开发，以克服材料制备、成本和大规模生产等方面的挑战，实现其商业化应用。
锂电池石墨烯负极材料生产项目可行性研究报告
锂电池石墨烯负极材料生产项目可行性研究报告可行性研究报告：锂电池石墨烯负极材料生产项目一、项目背景与目标随着移动电子设备和新能源汽车的普及，锂电池作为一种高能量密度的能源储存装置，需求量不断增加。
石墨烯是一种新兴材料，具有优异的导电性和机械性能，被广泛应用于新能源领域。
本项目旨在建设一座锂电池石墨烯负极材料生产基地，满足市场对于高性能锂电池的需求。
二、市场前景分析1.锂电池市场：锂电池市场近年来快速增长，主要驱动因素是新能源汽车市场的快速发展。
根据市场调研数据，预计全球锂电池市场规模将在2025年达到600亿美元。
2.石墨烯市场：石墨烯作为一种新兴材料，具有广阔的应用前景，尤其是在能源存储领域。
根据市场预测，2025年全球石墨烯市场规模将达到160亿美元。
三、技术可行性分析1.石墨烯制备技术：目前，石墨烯的制备主要有机化学还原法和化学气相沉积法。
这两种方法成熟且工业化程度较高，具备一定的规模生产能力。
2.锂电池应用技术：锂电池是目前广泛应用于移动电子设备和电动汽车等领域的能源储存装置，其技术已相对成熟。
石墨烯作为负极材料，在提高锂离子导电速度和储能密度方面具有独特优势。
四、投资可行性分析1.投资规模：初步估算，该项目投资规模约为5000万元人民币。
2.预期收益：根据市场需求和竞争对手分析，预计项目达到满产后，年销售收入约为8000万元人民币，净利润约为2000万元人民币。
3.投资回收期：按照预期净利润和投资规模计算，初步估计投资回收期在5年左右。
4.投资风险：该项目存在市场风险、技术风险和供应链风险等，但由于石墨烯材料具有广泛的应用前景和市场需求，投资风险可控性较高。
五、经济效益分析1.就业机会：预计该项目建成后，将直接提供100个就业机会，带动相关产业发展，间接创造更多就业岗位。
2.增加地方税收：项目投产后，将带动相关产业链的发展，增加地方税收收入。
3.推动区域经济发展：本项目的建设将进一步推动区域新能源产业的发展，提升整个区域的经济水平。
石墨烯锂离子电池负极材料专利技术分析
石墨烯锂离子电池负极材料专利技术分析
从专利技术的数量上来看，石墨烯锂离子电池负极材料的专利数量逐年递增。
越来越多的科研人员和企业开始关注石墨烯的应用于锂离子电池领域。
这反映出石墨烯作为锂离子电池负极材料的研究和开发正在迅速发展。
从专利技术的研究方向上来看，目前主要集中在改进石墨烯负极材料的导电性和循环稳定性。
对于导电性的改进，石墨烯的高导电性使其成为一种理想的负极材料。
目前的专利技术主要围绕着提高石墨烯的导电性能，从而提高电池的功率密度和循环性能。
有些专利通过改变石墨烯的结构或添加其他导电剂来提高导电性能。
一种专利技术提出了一种利用聚苯乙烯包裹石墨烯微片提高锂离子电池负极性能的方法。
这种方法通过在石墨烯表面包裹聚苯乙烯，形成一层保护膜，有效提高了石墨烯的导电性能。
另一个方向是改进石墨烯负极材料的循环稳定性。
锂离子电池的循环稳定性是其长寿命和高性能的关键。
目前的专利技术主要集中在石墨烯和其他材料复合的研究上，以提高材料的循环稳定性。
一种专利技术提出了一种石墨烯和磷酸铁锂复合材料制备方法。
通过将石墨烯和磷酸铁锂进行复合，可以提高材料的循环稳定性和倍率性能。
还有一些专利技术关注石墨烯与其他材料的协同作用。
一种专利技术提出了一种利用石墨烯和碳纳米管复合材料的锂离子电池负极制备方法。
这种复合材料不仅具备石墨烯的高导电性和强机械性能，还具备碳纳米管的高比表面积和电容性能，从而可以改善电池的循环稳定性和倍率性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Silicon-graphene battery triples lithium ion batteries density
28/10/2012
Batteries, System Operator
Electric car range could triple with silicon-graphene breakthrough in lithium batteries.
A new lithium-ion battery designed by CalBattery, with a silicon-graphene anode, promises a dramatic energy density breakthrough, according to a news release issued by the company on Friday.
Energy density is the key measure of electric car batteries to determine driving range and ultimately the usefulness of the vehicle. It was the energy density improvements of lithium-ion batteries that enabled the resurgence of electric cars.
But the current crop of lithium ion batteries do not allow for enough energy storage, and driving range, at a low enough cost, to get past the “too expensive” sniff test that is hindering electric car adoption today.
The company is a finalist in the Dept of Energy‟s 2012 Start UP America‟s Next Top Energy Innovator challenge. Independent test results using full-cell lithium-ion battery cells designed by CalBattery demonstrate an energy density of 525 watt-hours per kilogram, and a specific anode capacity of 1,250 mili-amp-hours per gram.Most commercial batteries have an energy density in the 100-180 watt-hours per kilogram range, and specific anode capacity in the 325 mili-amp-hours per gram range.
For those who don‟t understand battery capacity measurements, this means that per kilogram of battery weight a battery pack made with CalBattery cells will store 300% more energy than current batteries.
For the same battery pack weight this means the ability to drive 300% as far as with current electric cars, or to have the same driving range as today the battery pack would be about 1/3rd the weight.
“This equates to more than a 300% improvement in lithium-ion battery capacity, and an estimated 70% reduction in lifetime cost for batteries used in consumer electronics, EVs, and grid-scale energy storage,” said CalBattery CEO Phil Roberts.
This is based on what the company has dubbed the “GEN3″ silicon-graphene composite anode material for lithium-ion batteries. The key to the GEN3 design is use of a breakthrough developed at Argonne National Labs that stabilizes the use of silicon in a lithium battery anode. Silicon is known to absorb lithium better than any other anode material, it quickly deteriorates during use. CalBattery has worked closely with researchers at Argonne and other facilities to develop the new anode material, to integrate it in lithium-ion batteries having multiple cathode and electrolyte materials.
The anode is the electrode by which the electrons leave a battery into the device, while the cathode is the electrode through which electrons return to the battery, and the
electrolyte is the material between anode and cathode through which lithium ions move. In other words, the anode is the negative terminal of the battery, and the cathode is the positive terminal.
Conventional lithium-ion batteries use graphite-based anodes. CalBattery‟s silicon-graphite anode is suitable for use with a number of other electrolyte and cathode materials. The superior results of testing at Argonne Labs led the company to believe this new anode could eventually replace traditional anodes used in most lithium-ion batteries today. Further the cost of the resulting batteries would be low enough to be cost competitive with fossil fuels for energy storage.
The company says it is now in the process of fast-tracking commercialization of the GEN3 battery anode technology. Over the next two years they plan to produce and sell silicon-graphene anodes to battery and electric vehicle OEM‟s around the world, and (in the U.S.) produce a limited supply of specialized batteries for high end applications. The technology could be transformational in the lithium battery market, with cost for lithium-ion batteries dropping to under $175 per kilowatt-hour.
“We believe that our new advanced silicon graphene anode composite material is so good in terms of specific capacity and extended cycle life that it will become a graphite anode …drop-in‟ replacement material for anodes in most lithium ion batteries over the next 2-3 years,” said Roberts.。