グラフェンリチウム電池導体の起源と現状の解釈

エネルギーと環境の問題がますます顕著になるにつれ、新しいエネルギー源の開発と電気自動車の普及が一般的な傾向になっています。最も重要なエネルギー貯蔵装置として、リチウムイオン電池は研究者や業界から注目を集めています。リチウムイオン電池のさまざまな新しい主要材料が開発されました。リチウムイオン電池の急速な発展が進んでいます。現在広く使用されているリチウムイオン電池の正極材料には、コバルト酸リチウム（LiCoO2、LCO）、マンガン酸リチウム（LiMn2O4、LMO）、リン酸鉄リチウム（LiFePO4、LFP）、三元材料（LiNix CoyMn1xyO2、NCM）などがあります。上記の正極材料の導電率が低いため、材料粒子に導電剤を添加して電子導電性ネットワークを構築し、電子伝送への迅速なアクセスを提供する必要がある。そして..。

リチウムイオン電池の電気化学反応では、電子とリチウムイオンが同時に活物質の表面に到達する必要があるため、電子は時間内に電気化学反応に関与して、正極性活物質の良好な性能を達成できます。導電剤を使用しない場合、電池内部のオーム分極が大きくなり、電池容量が大幅に低下します。したがって、導電剤はリチウムイオン電池の重要な材料でもあり、活物質容量の完全な開発を保証することができ、リチウムイオン電池の性能を向上させる上で重要な役割を果たします。

他方、導電剤自体は充放電プロセス中に容量を提供しないので、活性物質の容量が活性物質の割合を増加させるために使用されることを確実にしながら、導電剤の使用を最小限に抑えることがしばしば望まれる。正極で。したがって、電池の質量エネルギー密度が向上する。現在使用されている導電剤は、通常、導電性カーボンブラック、導電性グラファイト、カーボンナノ粒子などのカーボン材料です。これらの炭素材料は活物質に比べて密度が低いため、導電剤の使用を減らすと、バッテリーの体積エネルギー密度を大幅に高めることができます。

グラフェンは、独特の幾何学的構造特性と物理的特性を備えた新しいタイプのナノカーボン材料です。 2010年以来、市販のリチウムイオン電池の導電剤として初めて使用されています。このグループは、グラフェン導電剤に関する体系的な研究を実施しました。導電剤としてのグラフェンは、「柔らかさから薄さ、密度」という特徴があり、次の4つの利点があります。

（1）電子伝導率が高く、少量のグラフェンを使用することで、バッテリー内部のオーム分極を効果的に低減できます。

（2）二次元フィルム層構造。グラフェンは、ゼロ次元のカーボンブラック粒子や一次元のカーボンナノチューブと比較して、導電率のしきい値が低い活性物質との「フェースポイント」接触を実現できます。そして、より大きな空間スパンから電極内に導電性ネットワークを構築して、電極全体で「長距離導電性」を達成することが可能です（異なる調製方法によって得られるグラフェン材料のサイズは異なります;グラフェンのサイズ石酸化物の熱還元によって得られたシート層は約2umでした）。

（3）極薄特性、グラフェンは典型的な表面固体であり、マルチsp2カーボン層、導電性グラファイト、多層カーボンナノチューブを備えたカーボンブラックと比較して、グラフェン上のすべての炭素原子は電子伝達、原子効率のために露出できます。 、最小限の使用量で完全な導電性ネットワークを形成し、バッテリーのエネルギー密度を向上させることができます。

（4）柔軟性が高く、活物質との接触が良好で、充放電過程での活物質の体積膨張と収縮を緩衝し、電極の反発効果を抑制し、電池のリサイクル性能を確保します。

上記の利点により、グラフェン導体をベースにしたリチウムイオン電池は高密度構造を実現できます。 「柔らかさから薄さ、密度」の特性を備えたグラフェン導体は、応用の可能性が高いことを示しています。グラフェンとカソード材料を複合電極材料にするという考えと比較すると、リチウムイオン電池の導体として直接使用することは、グラフェン材料の最初の産業用途となるでしょう。

グラフェンは、電子伝導性の点で他の導電剤に比べて非常に明白な利点がありますが、実際の塗布プロセスには依然として多くのボトルネックがあります。一方では、電極内で、その平面構造がイオンを伝達します。立体障害効果、この効果は、特に大きな電流乗数でより明白になります。

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