リチウム電池用グラフェン

Apr 05,2023

リチウムイオン電池の導電剤の進化段階は、ゼロ次元の導電剤カーボンブラック材料から、1 次元の繊維状カーボンナノチューブ材料、さらにラメラ構造を持つ 2 次元のグラフェン材料にまで及びます。

導電剤材料は、リチウムイオン電池の重要な部分であり、リチウムイオン電池の電気化学的性能において重要な役割を果たします。電極に適量の導電剤を添加すると、電極内部の電子移動速度を効果的に向上させることができます。

グラフェン

グラフェンには、優れた力学、光学特性、高い熱伝導率、小さな抵抗率、および強力な安定性という利点があります。新しいタイプのリチウム電池導電剤として、独自のシート構造（二次元構造）により、活物質との接触が点-面接触形態となり、導電剤の役割を最大限に発揮し、使用量を削減することができます。これにより、より多くの活物質を使用でき、リチウム電池の容量を向上させることができます。

導電機構

（1）電子伝導性が高く、少量のグラフェンを使用すると、バッテリー内のオーム分極を効果的に減らすことができます。(2) 2 次元シート構造であるグラフェンは、活物質との「表面点」接触を実現し、より大きな空間スパンから極片に導電ネットワークを構築できます。電極全体で「長距離導電性」を実現 ;(3) 超薄型の特性、グラフェン上のすべての炭素原子を電子輸送のために露出させることができ、原子利用効率が高いため、最小限の使用で完全な導電性ネットワークを形成できます。電池のエネルギー密度を向上させます。（4）柔軟性が高く、活物質と良好に接触することができ、充放電中の活物質の体積膨張と収縮を緩衝します。

導電剤としての効果は添加量に大きく関係します。少量の添加の場合、グラフェンは導電性ネットワークをよりよく形成できるため、導電性カーボンブラックよりもはるかに優れています。ただし、より厚い層のグラフェンは、リチウムイオンの拡散を妨げ、電極のイオン伝導性を低下させます (一般に、6 ～ 9 層が最も適していると考えられています)。しかし、コストが高いこと、分散が難しいこと、リチウムイオンの透過を阻害することなどから、十分な工業化には至っていません。

生産工程

グラフェン製造プロセス方法には、主に機械的剥離法、化学液相剥離法、レドックス法、化学気相成長法などがあります。液相剥離法とレドックス法は低コストで純度が低く、電池、スーパーキャパシタ、導電性コーティングに適しています。導電性インク。