石墨烯复合材料的制备及电化学性能

文 献 综 述

1 引言

二次电池作为电化学储能体系，在启动电源、便携式电子产品、电动工具以及新能源汽车等领域有着重要影响；并将为我国大力发展的风能、太阳能等可再生、间歇性能源的高效利用和存储提供强有力的支持。目前，二次电池的研究热点主要集中在基于阳离子传输的电化学体系上，如Li 、Na 、Mg² 等电池。不断增长的能源需求对二次电池在高能量密度、丰富的材料资源、高安全性和环保等方面提出了更高的要求。除了基于阳离子传导的二次电池外，具有高能量密度、安全、环保、低成本等特性的氯离子电池体系符合当前二次电池的发展方向。但氯离子电池还存在着正极材料电荷传递的困扰、正负极材料体积变化等缺点，本论文拟通过利用石墨烯等碳材料对氯离子电池正极材料进行结构设计、改性和制备一体化研究，增加电子电导率，减少材料的膨胀，以获得电化学性能较好的正极材料，为氯离子电池的研究发展研究提供重要参考。

2 氯离子电池

氯离子电池体系的高能量密度、安全、环保、低成本等特性符合当前二次电池发展的重要方向。目前，氯离子电池主要包括金属氯化物/金属和金属氯氧化物/金属电极体系。金属氯化物/金属体系具有较高的理论能量密度，但金属氯化物正极在液态离子液体电解液中易脱溶，开发新型电解质( 如聚合物电解质) 可能会有效抑制脱溶问题。与金属氯化物相比，金属氯氧化物正极具有高的稳定性。此外，多电子的金属氯氧化物正极具有高的理论能量密度，但初步研究中，其放电性能与理论性能有很大差距。Mg负极具有高的体积能量密度，但在充放电过程中会产生较大的体积变化，导致电池循环稳定性衰减严重。因此，提高Mg负极的机械稳定性和高电子、离子传输性，是有效实现以Mg为负极的氯离子电池高循环稳定性的关键。

3 石墨烯

石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，是其他维的石墨材料的基础材料。石墨烯的这种特殊结构，使其表现出一些独特的物理性能，如室温量子霍尔效应、超高的电子迁移率和弹道运输、较长的电子平均自由路径、良好的热传导、较强的机械强度和出众的灵活性。其优异的性能、极大的比表面积和较低的生产成本(相对于碳纳米管)，非常适合于高性能复合材料的开发。

3.1 石墨烯的制备

制备石墨烯常见的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法（CVD）等等。