姓名：蔡世翔

學(xué)號(hào)：16020710007

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【嵌牛導(dǎo)讀】：最近一篇關(guān)于三星石墨烯電池文章甚囂塵上斩郎，其實(shí)這已經(jīng)不是所謂的“石墨烯”電池第一次進(jìn)入人們的視野了，此前就有關(guān)于華為“石墨烯”電池的報(bào)道喻频，只不過最后都證明缩宜，這只是借“石墨烯”的一場(chǎng)炒作。本文將解讀三星“石墨烯電池”甥温。

【嵌牛鼻子】：石墨烯電池锻煌，鋰離子電池材料，負(fù)極材料姻蚓，表面涂層材料

【嵌牛提問】：石墨烯電池究竟有何優(yōu)缺點(diǎn)宋梧？真的那么神奇嗎？

【嵌牛正文】：

這篇來自三星的文章發(fā)表在著名的期刊——NatureCommuinication上狰挡，原文的題目如上圖所示捂龄，該文的題目的中文翻譯為《用于快速充電和高體積能量密度鋰離子電池的石墨烯球》，從題目可以看到加叁，這篇文章是關(guān)于鋰離子電池材料的一篇論文倦沧。題目中提到的“石墨烯球”實(shí)際上是一種利用真空分解技術(shù)在SiOx顆粒的表面生長石墨烯而制成的小球，這種“石墨烯球”即可以涂布在高鎳正極材料表面它匕，抑制副反應(yīng)發(fā)生刀脏，也可以作為負(fù)極材料單獨(dú)使用。從上面的介紹可以看到超凳，原文中提到的根本不是所謂的全新的“石墨烯”電池愈污，而是一種采用石墨烯處理的電池材料。

雖然這不是許多媒體口中的具有顛覆意義的“石墨烯電池”轮傍，自然談不上取代鋰離子電池了暂雹，但是從介紹來看，這仍然是一種優(yōu)異的鋰離子電池材料创夜，特別是在提高鋰離子電池快充性能方面杭跪，更是具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，因此小編就帶大家一起了解一下，這樣一款高性能的鋰離子電池材料涧尿。

文章中的“石墨烯球”(GB)實(shí)際上是In Hyuk Son利用真空分解技術(shù)CVD系奉，以CH4為碳源，在1000℃下與直徑為20-30nm的SiO2發(fā)生反應(yīng)姑廉，SiO2顆粒被還原成為SiOx缺亮，并且顆粒表面包覆了一層石墨烯。

這樣一種材料桥言，我們首先想到的就是作為負(fù)極材料萌踱，的確SiOx材料是目前最為成功的高容量負(fù)極材料，但是三星的科學(xué)家卻另辟蹊徑号阿，將“石墨烯球”作為高鎳正極材料的表面涂層材料并鸵，涂在NCM613上。三星這樣做也有他們自己的理論：石墨烯作為一種具有良好導(dǎo)電性的材料扔涧，非常適合作為正極包覆材料园担，提高導(dǎo)電性，抑制副反應(yīng)的發(fā)生枯夜，但是因?yàn)槭┢g強(qiáng)烈的靜電作用力使得其很容易發(fā)生團(tuán)聚粉铐，從而導(dǎo)致石墨烯很難均勻的分散在正極材料的表面÷钡担“石墨烯球”能夠很好的解決這一問題蝙泼，即便是在1%的含量下也能夠很好的分散在NCM613材料之中，在NCM顆粒表面形成一層保護(hù)層劝枣，提高材料的界面穩(wěn)定性汤踏。

下圖是采用“石墨烯球”進(jìn)行包覆處理后的NCM613和沒有經(jīng)過包覆處理的材料的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。從下圖a和b我們可以看到舔腾，經(jīng)過“石墨烯球”處理后的NCM材料溪胶，在大倍率下放電能力明顯高于沒有經(jīng)過處理的材料，特別時(shí)在25℃時(shí)稳诚，這種差別更加明顯哗脖。從圖c和圖d中我們也可以注意到，在4.3V扳还、4.4V和4.5V截止電壓下才避，經(jīng)過包覆處理后的NCM材料(實(shí)心球曲線)的循環(huán)性能要明顯好于對(duì)照組，特別是在60℃高溫氨距，這一現(xiàn)象更加明顯桑逝，這主要是因?yàn)榫鶆虻摹笆┣颉卑矊雍芎玫囊种屏私缑娓狈磻?yīng)的發(fā)生，從而阻止了NCM材料從“層狀結(jié)構(gòu)”向“巖鹽結(jié)構(gòu)”衰變俏让，提高了NCM材料的循環(huán)性能楞遏。

同時(shí)得益于“石墨烯球”良好的導(dǎo)電性茬暇，使得我們可以降低NCM電極中導(dǎo)電劑SP的用量，將活性物質(zhì)的比例從92%提高到97%寡喝，這也極大的提高了NCM電極的體積比容量糙俗，從而提高了鋰離子電池的體積能量密度。

除了作為NCM材料的涂層外预鬓，“石墨烯球”GB還能夠單獨(dú)作為一種負(fù)極材料使用巧骚，與GB-NCM(石墨烯球包覆NCM)使用，從而使鋰離子電池獲得快速充電的能力珊皿。作為負(fù)極材料的“石墨烯球”比容量可達(dá)716.2mAh/g(0.1C)，在石墨烯良好的導(dǎo)電性的作用下蟋定，“石墨烯球”具有優(yōu)異的倍率性能，在10C倍率下抄淑，仍然能夠發(fā)揮240.6mAh/g的容量灶芝，是0.1C下容量的33.6%犯犁。“石墨烯球”不僅具有優(yōu)異的倍率性能涣澡，在循環(huán)性能方面也表現(xiàn)優(yōu)異锅必，25℃下驹愚，5C倍率循環(huán)500次，容量保持率可達(dá)88%，60℃下，5C循環(huán)500次，容量保持率可達(dá)86.1%。在全電池中“石墨烯球”也表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能，特別是在60℃下点把，沒有經(jīng)過處理的NMC/石墨電池容量迅速衰降，但是GB-NCM/GB電池則保持了良好的循環(huán)性能(下圖e)屿附。

當(dāng)然“石墨烯球”作為負(fù)極材料時(shí)還面臨一個(gè)問題郎逃，那就是首次庫倫效率較低，這主要是因?yàn)槭┹^大的比表面積挺份，導(dǎo)致在低電勢(shì)下副反應(yīng)較多褒翰，消耗了較多的Li+。為了解決這一問題匀泊，In Hyuk Son在使用“石墨烯球”作為負(fù)極材料時(shí)优训，需要首先對(duì)其進(jìn)行了預(yù)鋰化處理，在目前負(fù)極預(yù)鋰化技術(shù)還不成熟的前提下各聘，首次效率較低也是需要我們認(rèn)真考慮的問題揣非。

從上面的介紹不難看出，所謂的三星“石墨烯電池”只不過是一個(gè)炒作的噱頭躲因，其實(shí)本質(zhì)上只是一種石墨烯/SiOx復(fù)合納米顆猎缇矗——“石墨烯球”忌傻，而且這種“石墨烯球”更加適合作為一種NCM材料的表面涂層材料，提高NCM材料的界面穩(wěn)定性搞监，提高循環(huán)性能;改善NCM材料的導(dǎo)電性水孩，提高NCM的倍率性能，同時(shí)得益于石墨烯材料良好的導(dǎo)電性琐驴，能夠顯著的提高電極中正極活性物質(zhì)的比例俘种，提高鋰離子電池的體積能量密度。

雖然“石墨烯球”能夠作為負(fù)極材料使用绝淡，并且也具有優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能宙刘，但是因?yàn)槠涫状涡实停仨毰浜涎a(bǔ)鋰工藝使用牢酵，因此在現(xiàn)階段補(bǔ)鋰工藝還不成熟的前提下悬包，“石墨烯球”是否適合作為鋰離子電池負(fù)極材料還值得商榷。

因此總的來說茁帽，這個(gè)材料更應(yīng)該稱作是“鋰離子電池新型石墨烯添加劑”比較合適玉罐，而不是有的媒體所吹捧的“石墨烯電池”屈嗤。