Graphène pour batteries au lithium

L'étape d'évolution des agents conducteurs de batterie lithium-ion va des matériaux de noir de carbone à agent conducteur zéro dimension aux matériaux de nanotubes de carbone unidimensionnels ressemblant à des fibres, puis aux matériaux de graphène bidimensionnels à structure lamellaire.

 

Les matériaux d'agent conducteur sont une partie importante des batteries lithium-ion et jouent un rôle important dans les performances électrochimiques des batteries lithium-ion. Après qu'une quantité appropriée d'agent conducteur a été ajoutée à l'électrode, le taux de transfert d'électrons à l'intérieur de l'électrode peut être efficacement amélioré.

 

Le graphène présente les avantages d'une excellente mécanique, de propriétés optiques, d'une conductivité thermique élevée, d'une faible résistivité et d'une forte stabilité. En tant que nouveau type d'agent conducteur de batterie au lithium, en raison de sa structure de feuille unique (structure bidimensionnelle), le contact avec le matériau actif est une forme de contact point-surface, qui peut maximiser le rôle de l'agent conducteur et réduire la quantité d'agent conducteur, de sorte que davantage de matériaux actifs peuvent être utilisés et que la capacité de la batterie au lithium peut être améliorée.

 

Mécanisme conducteur 

(1) La conductivité électronique est élevée et l'utilisation d'une petite quantité de graphène peut réduire efficacement la polarisation ohmique à l'intérieur de la batterie. (2) La structure de feuille bidimensionnelle, le graphène, peut réaliser un contact "surface-point" avec le matériau actif et peut construire un réseau conducteur dans la pièce polaire à partir d'une plus grande étendue spatiale. Réalisez une « conductivité à longue portée » sur l'ensemble de l'électrode ; (3) Caractéristiques ultra-minces, tous les atomes de carbone sur le graphène peuvent être exposés pour le transport d'électrons, une efficacité d'utilisation élevée des atomes, de sorte qu'il peut former un réseau conducteur complet avec une utilisation minimale. Améliorer la densité d'énergie de la batterie ; (4) grande flexibilité, peut être en bon contact avec le matériau actif, amortir l'expansion et la contraction du volume du matériau actif pendant la charge et la décharge, 

 

L'effet en tant qu'agent conducteur est étroitement lié à la quantité ajoutée. Dans le cas d'une petite addition, le graphène est bien meilleur que le noir de carbone conducteur car il peut mieux former un réseau conducteur. Cependant, le graphène avec une couche plus épaisse gênera la diffusion des ions lithium et réduira la conductivité ionique de l'électrode (6 à 9 couches sont généralement considérées comme les plus appropriées). Cependant, en raison de son coût élevé, de la difficulté de dispersion et de la gêne de la transmission des ions lithium, il n'a pas été complètement industrialisé.

 

Processus de production 

Les méthodes de processus de production de graphène comprennent principalement la méthode de pelage mécanique, la méthode de décapage chimique en phase liquide, la méthode redox , la méthode de dépôt chimique en phase vapeur, etc., la méthode de décapage en phase liquide et la méthode redox ont un faible coût et une faible pureté, adaptées aux batteries, supercondensateurs, revêtements conducteurs et encres conductrices.

 

Dans les dernières avancées de la recherche, l'agent conducteur retenu pour certaines batteries au lithium est une pâte conductrice binaire ou ternaire mélangée entre NTC , graphène et noir de carbone conducteur . Le composite d'agents conducteurs en coulis conducteur est la demande des applications industrielles, et c'est aussi le résultat d'une synergie et d'une excitation entre agents conducteurs.

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