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構,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)象嚴重;（3）缺少穩(wěn)定的電壓平臺;（4）容量衰減快�？茖W家們一直在為獲得具有更高能量密度和更廣闊應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,設計先進的電極材料以及制備具有特定成分和結構的電極成為近年來的研究熱點。本文綜述了碳納米材料在構建高性能鋰離子、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,從作為導電添加劑、電流集流體和導電中間層三個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,從作為非導電基體上的導電相、柔性電流集流體和自支撐復合電極三個方面討論了碳納米材料在柔性電池設計的作用。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/電活性復合材料的結構模型示意圖(其中紅色代表電活性材料,藍色代表碳納米材料)[27]

圖1 碳納米/電活性復合材料的結構模型示意圖(其中紅色代表電活性材料,藍色代表碳納米材料)[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,它具有三維多孔結構,比表面積高達199.3 m2·g-1。在這一復合物中,氮摻雜的石墨烯氣凝膠交織的多孔網(wǎng)絡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,縮短了鋰擴散距離。電化學測試表明,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89%。

Yang等[53]比較了石墨烯導電添加劑和商品導電添加劑對LiFePO4軟包電池的影響,如圖4所示。商品導電添加劑一般添加7%的炭黑和3%的導電石墨,Yang的研究表明,2%石墨烯導電添加劑的LiFePO4軟包電池比商品導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由于構建了有效的導電網(wǎng)絡具有高容量,但從其充放電平臺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構阻塞了空間位阻效應,導致電化學反應所需的鋰離子流量不足。也就是說,盡管石墨烯導電網(wǎng)絡確保了快速的電子傳輸,但受阻的鋰離子傳輸導致反應動力學方面的負面效應,從而導致較高的極化。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】：
期刊論文
[1]新一代動力鋰離子電池研究進展[J]. 蘇芳,李相哲,徐祖宏.  電源技術. 2019(05)
[2]鋰離子電池導電劑的研究進展[J]. 陳志金,張一鳴,田爽,劉兆平.  電源技術. 2019(02)
[3]納米碳導電劑在鋰離子電池中的應用[J]. 李娟,韓廣欣,劉興福,張向舉,牛猛衛(wèi).  電池工業(yè). 2018(06)
[4]導電劑對鋰離子電池性能的影響[J]. 劉中奎,左陽,馬留可.  電源技術. 2018(08)
[5]鋰離子電池硅-碳負極材料的研究進展[J]. 朱瑞,鄧衛(wèi)斌,李軍,廉培超,謝德龍,梅毅.  化工新型材料. 2018(07)
[6]高比能量鋰離子電池正極材料的研究進展[J]. 熊凡,張衛(wèi)新,楊則恒,陳飛,王同振,陳章賢.  儲能科學與技術. 2018(04)
[7]具有核殼結構鋰離子電池正極材料的研究進展[J]. 王力臻,鄒振耀,易祖良,方華.  電源技術. 2018(05)
[8]介孔碳納米微球在鋰離子電池中的應用[J]. 李進,單香麗,王雪麗,萬偉華.  電池. 2018(01)
[9]鋰離子動力電池及其關鍵材料的發(fā)展趨勢[J]. 劉波,張鵬,趙金保.  中國科學:化學. 2018(01)
[10]用于鋰離子電池的石墨烯導電劑:緣起、現(xiàn)狀及展望[J]. 蘇方遠,唐睿,賀艷兵,趙嚴,康飛宇,楊全紅.  科學通報. 2017(32)



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