14、石墨烯基锂离子电池负极材料的研究进展

石墨烯基锂离子电池负极材料的研究进展

1. 磷基负极材料与石墨烯的复合

1.1 磷基负极材料的特点与问题

磷基负极材料在锂离子电池中具有一定优势，如锂和磷原子的特性、锂离子在磷中的低扩散能垒、锂嵌入导致磷从半导体向金属转变以及磷基锂离子电池的高工作电压等。然而，块状磷基负极在充放电过程中会出现约 300%的大体积变化，这会导致电极粉化和电接触丧失，从而使容量快速衰减。

1.2 磷/石墨烯纳米复合材料的制备与性能

为解决上述问题，将磷与石墨烯结合是一种可行策略。以下是两种相关的制备方法及性能表现：
- Sun 等人的方法 ：通过一种简便且节能的方法，将纳米级和无定形红磷片锚定在石墨烯层上，制备出 P/石墨烯纳米复合材料。石墨烯作为柔性碳基质，不仅能提供丰富的位点吸附溶液中的红磷，还具有高机械强度，可适应循环过程中的电极应力。该混合电极在 200 mA/g 的电流密度下循环 100 次后，可逆容量高达 1286 mAh/g；即使在 1 A/g 的高电流密度下，容量仍有 1125 mAh/g。
- Ruan 等人的方法 ：采用氧化 - 组装 - 还原，随后高温渗透的方法，合成了限域在膨胀石墨烯片之间的红磷纳米材料。该负极在 0.1 A/g 的电流密度下循环 500 次后，基于总质量的比容量高达 1010 mAh/g，库仑效率接近 100%。当电流密度增加到 2 A/g 时，比容量仍保持在 440 mAh/g 以上。

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