用于锂离子电池的石墨烯导电剂缘起、现状及展望

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1、用于锂离子电池的石墨烯导电剂:缘起、现状及展望苏方远唐睿贺艳兵赵严康飞宇杨全红清华大学深圳研宄生院深圳市石墨烯重点实验室史点实验室天津大学化工学院科学院山西煤炭化学研宄所中国科学院炭材料重摘要：石墨烯具有很高的电导率及柔性、二维、超薄的结构特性，是兼具“至薄至柔至密”特征、极具潜力的锂离子电池导电剂.使用在锂离子电池屮，通过与活性物质“而-点”接触，“至薄至柔”的石墨烯具有非常低的导电阈值一一使用量较少时就可以有效提高电极的电子电导率，大幅降低作为非活性物质的导电剂使用量，实现电池活性物质的“至密构建”，有效提高电池的体积能量密度.然而,石墨烯的二维平面结构又会对电极

2、内部锂离子的传输产生“位阻效应”，影响高倍率条件下锂离子电池性能的发挥.因此，在使用石墨烯导电剂时，需要结合最终锂离子电池设计需求(能量或功率性能优先)，综合考虑其对电子/离子传输过程的影响，提出石墨烯导电剂的设计方案.本文从石墨烯及其用作导电剂的特点、影响石墨烯导电剂使用的关键因素等方面出发，详细评述了石墨烯导电剂的应用缘起和研究现状，并对石墨烯的未来应用趋势和产业化前景进行了展望.关键词：石墨烯;导电剂;锂离子电池;“面-点”接触模式;位阻效应;至柔至薄至作者简介：杨全红，E-mail:qhyangcn@tju.edu.cn收稿日期：2017-06-13基金:国家

3、自然科学基金(51525204,51672156)Grapheneconductiveadditivesforlithiumionbatteries:Origin，progressandprospectSUFangYuanTANGRuiHEYanBingZHAOYanKANGFeiYuYANGQuanHongShenzhenKeyLaboratoryforGraphene-basedMaterials,GraduateSchoolatShenzhen,TsinghuaUniversity;SchoolofChemicalEngineeringandTechnology

4、,TianjinUniversity;Abstract：Thispapergivesacriticalreviewonthescientificorigin，currentresearchprogressesandapplicationprospectsofgrapheneconductiveadditivesappliedinlithium-ionbatteries(LIBs)andemphasizesthattheelectrontransport(enhancementofelectronconductancebygraphene)andiondiffusion

5、(stericeffectofgrapheneforiondiffusion)shouldbeconsideredcomprehensivelyforarealmassapplication.Duetothehighelectronicconductivity,two-dimensionalplanargeometricalstructureandthe“mostflexibleandthinnest”character,ourgroupproposedthatgrapheneisaverypromisingconductingadditiveforLIBs.Thro

6、ugh“plan-to-point’’contactmodelwithactivematerialparticles,graphenecanimprovetheelectronicconductivityoftheelectrodelaminatewithmuchlessadditionfraction,andhenceenhancetheenergydensityoftheLIBs.Therefore,grapheneshowsmuchbetterperformancethanothertypesofconductiveadditives,suchascarbonb

7、lack,conductinggraphiteandevencarbonnanotube.Duetothesizedifferenceofactivematerialparticles,theoptimizedadditionfractionofgrapheneisdifferent.Forexample,2wt%ofgrapheneworksbestforLiFcP04，whilethemostsuitableadditionamountofgrapheneinLiCo02isonly1wt%.Atthesametime,grapheneandco