石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

  本文关键词：石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

全文: (1503 KB)   (1 KB) 
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      

摘要 石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。同时它也是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。电极材料的微观结构对其性能有很大影响,利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能。本文综述了石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用研究进展。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构,例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构,可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中,石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外,相比于传统导电添加剂,石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量,达到更加优异的电化学性能。最后对石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。

服务

E-mail Alert

RSS

收稿日期: 2011-06-01      出版日期: 2011-11-25

PACS:  O646  

  O613.71  

  TM911.3  

基金资助:

国家重点基础研究发展计划(973)项目(No.2007CB209705)、国家自然科学基金项目(No.21006063,21073120)和上海市科委节能减排项目(No.10dz1202702)资助

通讯作者: 何雨石     E-mail: ys-he@sjtu.edu.cn

引用本文:   

周冠蔚, 何雨石, 杨晓伟, 高鹏飞, 廖小珍, 马紫峰. 石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用[J]. 化学进展, 2012, 24(0203): 235-245.
Zhou Guanwei, He Yushi, Yang Xiaowei, Gao Pengfei, Liao Xiaozhen, Ma Zifeng. Graphene-Containing Composite Materials for Lithium-Ion Batteries Applications. Progress in Chemistry, 2012, 24(0203): 235-245.

链接本文:  

     或     

[1] Brandt K. Solid State Ionics, 1994, 69: 173-183
[2] 杨遇春 (Yang Y C). 电池 (Battery Bimonthly), 1993, 23 (5): 230-233
[3] Yazami R, Touzain P. J. Power Sources, 1983, 9: 365-371
[4] Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A. Science, 2004, 306: 666-669
[5] Chae H K, Siberio-Pérez D Y, Kim J, Go Y B, Eddaoudi M, Matzger A J, O’Keeffe M, Yaghi O M. Nature, 2004, 427: 523-527
[6] Zhang Y B, Tan Y W, Stormer H L, Kim P. Nature, 2005, 438: 201-204
[7] Sclladler L S, Giammris S C, Ajayan P M. Appl. Phys. Lett., 1998, 73: 3842-3844
[8] McAllister M J, Li J L, Adamson D H, Schniepp H C, Abdala A A, Liu J, Herrera-Alonso M, Milius D L, Car R, Prud’homme R K, Aksay I A. Chem. Mater., 2007, 19: 4396-4404
[9] Srivastava S K, Shukla A K, Vankar V D, Kumar V. Thin Solid Films, 2005, 492: 124-130
[10] De Heer W A, Berger C, Wu X S, First P N, Conard E H, Li X B, Li T B, Sprinkle M, Hass J, Sadowski M L, Potemski M, Martinez G. Solid State Commun., 2007, 143: 92-100
[11] Berger C, Song Z, Li T, Li X, Ogbazghi A Y, Feng R, Dai Z, Marchenkov A N, Conrad E H, First P N, de Heer W A. J. Phys. Chem. B, 2004, 108: 19912-19916
[12] Fan X, Peng W, Li Y, Li X, Wang S, Zhang G, Zhang F. Adv. Mater., 2008, 20: 4490-4493
[13] Gómez-Navarro C, Weitz R T, Bittner A M, Scolari M, Mews A, Burghard M, Kern K. Nano Lett., 2007, 7: 3499-3503
[14] Brodie B C. Ann. Chim. Phys., 1860, 59: 466-472
[15] Staudenmaier L. Ber. Deut. Chem. Ges., 1898, 31:1481-1499
[16] Fan Z J, Kai W, Yan J, Wei T, Zhi L, Feng J, Ren Y, Song L, Wei F. ACS Nano, 2011, 5: 191-198
[17] Salas E C, Sun Z, Lüttge A, Tour J M. ACS Nano, 2010, 4: 4852-4856
[18] Schniepp H C, Li J L, McAllister M J,S ai H, Herrera-Alonso M, Adamson D H, Prud’homme R K, Car R, Saville D A, Aksay I A. J. Phys. Chem. B, 2006, 110 (17):8535-8539
[19] Lv W, Tang D, He Y, You C, Shi Z, Chen X, Chen C, Hou P, Liu C, Yang Q. ACS Nano, 2009, 3: 3730-3736
[20] Wu Z S, Ren W C, Gao L B, Zhao J P, Chen Z P, Liu B L, Tang D M, Yu B, Jiang C B, Cheng H M. ACS Nano, 2009, 3: 411-417
[21] Kosynkin D V, Higginbotham A L, Sinitskii A, Lomeda J R, Dimiev A, Price B K, Tour J M. Nature, 2009, 458: 872-876
[22] Wei D C, Liu Y Q. Adv. Mater., 2010, 22: 3225-3241
[23] 徐秀娟(Xu X J), 秦金贵(Qin J G), 李振(Li Z). 化学进展(Progress in Chemistry), 2009, 21(12): 2560-2566
[24] 柏嵩(Bai S), 沈小平(Shen X P).化学进展(Progress in Chemistry), 2010, 22(11): 2107-2118
[25] Suzuki T, Hasegawa T, Mukai S R, Tamon H. Carbon, 2003, 41: 1933-1939
[26] Yoo E, Kim J, Hosono E, Zhou H S, Kudo T, Honma I. Nano Lett., 2008, 8: 2277-2282
[27] Wang G, Shen X, Yao J, Park J. Carbon, 2009, 47: 2049-2053
[28] Guo P, Song H H, Chen X H. Electrochem. Commun., 2009, 11: 1320-1324
[29] Abouimrane A, Compton O C, Amine K, Nguyen S T. J. Phys. Chem. C, 2010, 114: 12800-12804
[30] Wang C Y, Li D, Too C O, Wallace G G. Chem. Mater., 2009, 21: 2604-2606
[31] Xiao X C, Liu P, Wang J S, Verbrugge M W, Balogh M P. Electrochem. Commun., 2011, 13: 209-212
[32] Lian P C, Zhu X F, Liang S Z, Li Z, Yang W S, Wang H H. Electrochim. Acta, 2010, 55: 3909-3914
[33] Tong X, Wang H, Wang G, Wan L, Ren Z, Bai J, Bai J. J. Solid State Chem., 2011, 184: 982-989
[34] Paek S M, Yoo E, Honma I. Nano Lett., 2009, 9: 72-75
[35] Yao J, Shen X P, Wang B, Liu H K, Wang G X. Electrochem. Commun., 2009, 11: 1849-1852
[36] Du Z F, Yin X M, Zhang M, Hao Q Y, Wang Y G, Wang T H. Mater. Lett., 2010, 64: 2076-2079
[37] Wang X Y, Zhou X F, Yao K, Zhang J G, Liu Z P. Carbon, 2011, 49: 133-139
[38] Wang G X, Wang B, Wang X L, Park J, Dou S X, Ahn H, Kim K. J. Mater. Chem., 2009, 19: 8378-8384
[39] Lian P C, Zhu X F, Liang S Z, Li Z, Yang W S, Wang H H. Electrochim. Acta, 2011, 56: 4532-4539
[40] Wang D H, Kou R, Choi D, Yang Z G, Nie Z, Li J, Saraf L V, Hu D, Zhang J G, Graff G L, Liu J, Pope M A, Aksay I A. ACS Nano, 2010, 4: 1587-1595
[41] Li Y M, Lv X J, Lu J, Li J H. J. Phys. Chem. C, 2010, 114: 21770-21774
[42] Chen S Q, Chen P, Wu M H, Pan D Y, Wang Y. Electrochem. Commun., 2010, 12: 1302-1306
[43] Wolfenstine J. J. Power Sources, 1999, 79: 111-113
[44] Chou S J, Wang J Z, Choucair M, Liu H K, Stride J A, Dou S X. Electrochem. Commun., 2010, 12: 303-306
[45] Xiang H F, Zhang K, Ji G, Lee J Y, Zou C J, Chen X D, Wu J S. Carbon, 2011, 49: 1787-1796
[46] Wang J Z, Zhong C, Chou S L, Liu H K. Electrochem. Commun., 2010, 12: 1467-1470
[47] Lee J K, Smith K B, Hayner C M, Kung H H. Chem. Commun., 2010, 2025-2027
[48] Evanoff K, Magasinski A, Yang J, Yushin G. Adv. Energy Mater., 2011, 1(4): 495-498
[49] He Y S , Gao P F, Chen J, Yang X W, Liao X Z, Yang J, Ma Z F. RSC Adv., 2011, 1(6): 958-960
[50] Kim H, Seo D, Kim S, Kim J, Kang K. Carbon, 2011, 49: 326-332
[51] Li B, Cao H, Shao J, Li G, Qu M, Yin G. Inorg. Chem., 2011, 50 (5): 1628-1632
[52] Yan J, Wei T, Qiao W, Shao B, Zhao Q, Zhang L, Fan Z. Electrochim. Acta, 2010, 55: 6973-6978
[53] Wu Z, Ren W, Wen L, Gao L, Zhao J, Chen Z, Zhou G, Li F, Cheng H. ACS Nano, 2010, 4 (6): 3187-3194
[54] Yang S P, Cui G K, Pang S P, Cao Q, Kolb U, Feng X L, Maier J, Muellen K. ChemSusChem, 2010, 3: 236-239
[55] He Y S, Bai D W, Yang X W, Chen J, Liao X J, Ma Z F. Electrochem. Commun., 2010, 12: 570-573
[56] Yang S B, Feng X L, Ivanovici S, Müllen K. Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49: 8408-8411
[57] Wang H L, Cui L F, Yang Y, Casalongue H S, Robinson J T, Liang Y Y, Cui Y, Dai H J. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132: 13978-13980
[58] Mai Y J, Wang X L, Xiang J Y, Qiao Y Q, Zhang D, Gu C D, Tu J P. Electrochim. Acta, 2011, 56: 2306-2311
[59] Lian P C, Zhu X F, Xiang H F, Li Z, Yang W S, Wang H H. Electrochim. Acta, 2010, 56: 834-840
[60] Zhou G, Wang D W, Li F, Zhang L, Li N, Wu Z S, Wen L, Lu G Q, Cheng H M. Chem. Mater., 2010, 22: 5306-5313
[61] Wang G, Liu T, Luo Y J, Tong X, Wan L J, Zhao Y, Wang H, Ren Z Y, Bai J B. J. Alloys Compd., 2011, 509(24): L216-L220
[62] Wang D H, Choi D, Li J, Yang Z G, Nie Z M, Kou R, Hu D, Wang C, Saraf L V, Zhang J G, Aksay I A, Liu J. ACS Nano, 2009, 3: 907-914
[63] Shen L F, Yuan C Z, Luo H J, Zhang X G, Yang S D, Lu X J. Nanoscale, 2011, 3: 572-574
[64] Zhu N, Liu W, Xue M Q, Xie Z, Zhao D, Zhang M N, Chen J T, Cao T. Electrochim. Acta, 2010, 55: 5813-5818
[65] Fan Z J, Yan J, Wei T, Ning G Q, Zhi L J, Liu J C, Cao D X, Wang G L, Wei F. ACS Nano, 2011, 5(4): 2787-2794
[66] Wang L, Wang H B, Liu Z H, Xiao C, Dong S M, Han P X, Zhang Z Y, Zhang X Y, Bi C F, Cui G L. Solid State Ionics, 2010, 181: 1685-1689
[67] Ding Y, Jiang Y, Xu F, Yin J, Ren H, Zhuo Q, Long Z, Zhang P. Electrochem. Commun., 2010, 12: 10-13
[68] Zhou X F, Wang F, Zhu Y M, Liu Z P. J. Mater. Chem., 2011, 21: 3353-3358
[69] Wang X L, Han W Q. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2010, 2: 3709-3713
[70] Guo P, Song H H, Chen X H, Ma L L, Wang G H, Wang F. Anal. Chim. Acta, 2011, 688: 146-155
[71] Su F Y, You C H, He Y B, Lv W, Cui W, Jin F M, Li B H, Yang Q, Kang F. J. Mater. Chem., 2010, 20: 9644-9650
[72] Yang X W, Zhu J W, Qiu L, Li D. Adv. Mater., 2011, 23: 2833-2838

[1] 苗鹤, 薛业建, 周旭峰, 刘兆平. 石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 935-944.

[2] 刘欣, 赵海雷, 解晶莹, 吕鹏鹏, 王可, 崔佳佳. 锂离子电池SiOx(0<x≤2)基负极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(4): 336-348.

[3] 李丹, 刘玉荣, 林保平, 孙莹, 杨洪, 张雪勤. 超级电容器用石墨烯/金属氧化物复合材料[J]. 化学进展, 2015, 27(4): 404-415.

[4] 陈汝文, 涂新满, 陈德志. 过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(4): 416-423.

[5] 庄树新, 吕建先, 路密, 刘翼民, 陈晓彬. 钙钛矿型氧化物的制备及其在固体氧化物燃料电池和金属-空气电池中的应用[J]. 化学进展, 2015, 27(4): 436-447.

[6] 娄帅锋, 程新群, 马玉林, 杜春雨, 高云智, 尹鸽平. 锂离子电池铌基氧化物负极材料[J]. 化学进展, 2015, 27(2/3): 297-309.

[7] 黄昭, 王丹, 张春明, 何丹农. 不同取代位掺杂对Li4Ti5O12结构及性能的影响[J]. 化学进展, 2014, 26(12): 1914-1923.

[8] 王倩, 张竞择, 娄豫皖, 夏保佳. 钛酸锂基锂离子电池的析气特性[J]. 化学进展, 2014, 26(11): 1772-1780.

[9] 朱瑾, 楼子墨, 王卓行, 徐新华. 铁锰氧化物/碳基复合材料的制备及其对水中砷的去除[J]. 化学进展, 2014, 26(09): 1551-1561.

[10] 康怡然, 蔡锋, 陈宏源, 陈名海, 张锐, 李清文. 碳纳米管/石墨烯复合结构及其电化学电容行为[J]. 化学进展, 2014, 26(09): 1562-1569.

[11] 刘欣, 赵海雷, 解晶莹, 王可, 吕鹏鹏, 高春辉. 锂离子电池SnS2基负极材料[J]. 化学进展, 2014, 26(09): 1586-1595.

[12] 李健, 官亦标, 傅凯, 苏岳锋, 包丽颖, 吴锋. 碳纳米管与石墨烯在储能电池中的应用[J]. 化学进展, 2014, 26(07): 1233-1243.

[13] 周国珺, 叶志凯, 石微微, 刘吉洋, 奚凤娜. 三维(3D)石墨烯及其复合材料的应用[J]. 化学进展, 2014, 26(06): 950-960.

[14] 韩强, 王宗花, 张晓琼, 丁明玉. 石墨烯及其复合材料在样品前处理中的应用[J]. 化学进展, 2014, 26(05): 820-833.

[15] 金翼, 孙信, 余彦, 丁楚雄, 陈春华, 官亦标. 钠离子储能电池关键材料[J]. 化学进展, 2014, 26(04): 582-591.

  本文关键词：石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。