儲(chǔ)能電池在人們的日常通信及綠色出行等領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用,,這就對(duì)先進(jìn)的鋰離子電池與鋰硫電池電極制備技術(shù)提出了更高的要求,。大量研究成果表明以碳納米管與石墨烯為**的納米碳材料因其優(yōu)異的導(dǎo)電能力、良好的機(jī)械性能以及獨(dú)特的形貌與結(jié)構(gòu)特征,,可在不同的應(yīng)用模式下顯著提高儲(chǔ)能電池的容量性能,、倍率性能以及循環(huán)壽命,。與此同時(shí)也應(yīng)認(rèn)識(shí)到在這些材料取得更加***與商業(yè)化的應(yīng)用前還需要解決以下問(wèn)題:(1)研發(fā)低成本與環(huán)境友好的高質(zhì)量材料制備技術(shù)。碳納米管與石墨烯的導(dǎo)電能力對(duì)其所應(yīng)用的電極性能有著決定性的影響,,因而需要不斷完善與探索新的制備工藝(如氣相沉積法)與化學(xué)改性(如元素?fù)诫s)方法,。石墨薄片層可以經(jīng)機(jī)械剝離剝離為氧化石墨烯。改性氧化石墨烯生產(chǎn)
雖然石墨烯獨(dú)特的二維片層結(jié)構(gòu)可以為硫提供大量的附著位點(diǎn),,但多硫化物仍可從這種開(kāi)放的二維結(jié)構(gòu)的開(kāi)口端擴(kuò)散入電解液,,石墨烯/硫復(fù)合結(jié)構(gòu)所制備的電極仍不可避免的在循環(huán)過(guò)程中不斷損失容量。以氧化石墨烯為硫負(fù)載體時(shí),,其特點(diǎn)是不但對(duì)硫具有物理吸附能力,,還因其所含的大量官能基團(tuán)與硫的化學(xué)鍵合展現(xiàn)出對(duì)硫的化學(xué)吸附能力,從而可提升復(fù)合結(jié)構(gòu)的循環(huán)穩(wěn)定性,。氧化石墨烯類材料因其自身含有大量的表面官能基團(tuán)可對(duì)硫形成額外的化學(xué)吸附能力,,從而改善硫電極的循環(huán)性能,但由于氧化石墨烯本身導(dǎo)電能力較差,,因此所制備的復(fù)合材料往往無(wú)法發(fā)揮出較高的倍率性能,。因此,目前的一個(gè)研究方向是通過(guò)將石墨烯進(jìn)行表面化學(xué)改性,,在引入孔結(jié)構(gòu)或者其他官能團(tuán)來(lái)提升其對(duì)硫的物理或化學(xué)吸附的同時(shí),,不影響石墨烯本體的高導(dǎo)電能力,從而獲得在高倍率下仍可穩(wěn)定循環(huán)的鋰硫電池,。河北氧化石墨烯型號(hào)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料顏色,、性能可根據(jù)客戶需求定制。
自碳納米管(CNTs)在1991年被Iijima報(bào)道以來(lái)[10],,這種具有一維納米尺寸的管狀碳材料以其獨(dú)特的力學(xué),、電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)特性,,在電極材料,、醫(yī)學(xué)、儲(chǔ)氫裝置和催化劑等諸多領(lǐng)域[11~13]得到了廣泛的應(yīng)用,。鋰離子電池領(lǐng)域是碳納米管相當(dāng)有潛力的應(yīng)用方向之一,。首先,碳納米管自身就是一種***的鋰離子電池負(fù)極材料;其次,,碳納米管尤其是使用化學(xué)氣相沉積技術(shù)制備的定向生長(zhǎng)的三維碳納米管陣列具備優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度,,并且由于其獨(dú)特的彈道電子傳導(dǎo)效應(yīng)及抗電遷移能力,其電導(dǎo)率可高達(dá)105S/m[14],。將其作為三維導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或?qū)щ娞砑觿┘尤氲狡渌姌O材料之中,,不但可提高復(fù)合電極的電子與離子傳輸能力,還可***增強(qiáng)電極的機(jī)械性能。
涂膜法是一種操作簡(jiǎn)單,、效率相對(duì)較高的制備方法,,常見(jiàn)的涂膜法可分為噴涂法和旋涂法兩種。3〇^0山6[46]等人將00懸浮液噴涂在預(yù)熱后的51/3丨02基材上,,待溶劑完全蒸發(fā)后得到石墨烯薄膜。在噴涂過(guò)程中,,可通過(guò)調(diào)節(jié)噴霧持續(xù)時(shí)間和分散液濃度來(lái)精確地控制GO片的厚度及密度,,進(jìn)一步還原后所得到的石墨烯薄膜可作為P型半導(dǎo)體,并表現(xiàn)出良好的場(chǎng)效應(yīng)響應(yīng),。除了普遍使用的噴涂法之外,,Lian[47]等人將電噴霧沉積法與卷對(duì)卷工藝相結(jié)合,經(jīng)過(guò)機(jī)械壓實(shí)和2200°C高溫處理后得到***石墨烯薄膜,,熱導(dǎo)率比較高可達(dá)1434Wnr1K-1,,并且可實(shí)現(xiàn)大面積生產(chǎn)。Bao[4]等人將GO分散液沉積在強(qiáng)氧化劑處理過(guò)的玻璃基材表面,,并使基材分別以500rpm,、800rpm和1600rpm的速度旋轉(zhuǎn)30s,***在100°C烘箱中干燥得到超薄石墨烯薄膜,,其電阻可降低至1〇2,?l〇3nnr2范圍之間,透光率高達(dá)80%,,在透明導(dǎo)體方向有著良好的應(yīng)用前景,。氧化石墨烯是第六元素的產(chǎn)品之一。
利用石墨烯的納米效應(yīng),,將石墨烯和其他材料制備成復(fù)合薄膜也是石墨烯應(yīng)用到熱管理中的途徑之一,。如中科院陳成猛團(tuán)隊(duì)[58]制備出一種柔性的石墨烯-碳纖維復(fù)合膜散熱片,結(jié)果表明其熱導(dǎo)率達(dá)到977W/(m·K),,其熱傳遞的效果好于銅,。**科大[59]制備出三維的石墨烯-碳納米環(huán)薄膜,其熱導(dǎo)率可達(dá)946W/(m·K),。浙江大學(xué)高超團(tuán)隊(duì)[60]報(bào)道了一種快速濕紡組裝(wet-spinningassembly)的方法制備石墨烯薄膜,,其熱導(dǎo)率達(dá)530~810W/(m·K)??梢?jiàn),,將石墨烯和其他材料制備成復(fù)合薄膜,復(fù)合薄膜的氧化石墨烯有分散液和粉體形態(tài),。改性氧化石墨烯生產(chǎn)
應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料,,還可以應(yīng)用于橡膠、塑料、樹(shù)脂,、纖維等高分子復(fù)合材料領(lǐng)域,。改性氧化石墨烯生產(chǎn)
當(dāng)今社會(huì)日益增長(zhǎng)的能源與環(huán)境需求對(duì)儲(chǔ)能電池技術(shù)的發(fā)展既是機(jī)遇也是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。納米碳材料如碳納米管與石墨烯因其優(yōu)異的導(dǎo)電能力,、良好的機(jī)械性能以及獨(dú)特的形貌與結(jié)構(gòu)特征在儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越普遍,。本文通過(guò)綜述近年來(lái)碳納米管與石墨烯分別作為鋰離子電池的復(fù)合電極材料、負(fù)極活性材料,、導(dǎo)電添加劑以及新型鋰硫電池用復(fù)合導(dǎo)電載體的***應(yīng)用進(jìn)展,,重點(diǎn)討論了這兩類納米碳材料的不同應(yīng)用模式對(duì)儲(chǔ)能電池容量性能、倍率性能以及循環(huán)壽命的影響,。同時(shí)對(duì)目前研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié),,并對(duì)未來(lái)發(fā)展方向,如開(kāi)發(fā)低成本與環(huán)境友好的高質(zhì)量材料合成技術(shù),、提升材料的分散能力以有效構(gòu)筑復(fù)合電極結(jié)構(gòu)以及開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用模式等進(jìn)行了展望,。改性氧化石墨烯生產(chǎn)