石墨烯在锂离子电池中的应用
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用摘要：随着近几年石墨烯的研究进展，在复合材料领域石墨烯扮演的角色越来越重要。
随着科技的发展，锂离子电池应用的范围越来越广。
负极材料作为锂离子电池重要部分，越来越多的被人们研究开发。
基于此，文章就锂离子电池负极材料中石墨烯的应用加以分析和探讨。
关键词：锂离子电池；负极材料；石墨烯随着科技的发展，锂电池凭借高电压、高能量密度、良好的循环性能、低自放电等突出优势在人们生活中的应用越来越广泛。
在锂离子电池中电位比较低的一端叫负极，在原电池中起氧化作用。
锂电池中负极所需要的材料为负极材料。
根据实际生产中锂离子电池生产成本核算，负极材料成本约占比锂电池总成本的1/4~1/3，因此负极材料的研究至关重要。
一、什么是石墨烯石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格而形成的一种异形体。
自然界中有许多它的“同胞兄弟”如石墨、钻石、碳、碳纳米管。
这些都是碳的其他异形体。
石墨烯他的化学结构很简单，作为一种新型的材料，将会变得极其容易获得，不会像之前难以获得的材料那么昂贵，这将会使价格变得低廉，也让人们更容易所接受。
再说它的空间结构，它的形状是一种类似足球比赛中守门员的球网，是一种薄膜，是一种六角型晶格平面的薄膜，是一种只有一个碳原子的厚度二维材料，是一种新型的、坚固的二维材料，这就区别了和三维材料的区别，在后面我们会说出石墨烯也是可以由二维材料变成三维材料的。
石墨烯具有一些不同于其他材料的一些特性，他是最坚固的材料，它能传导热量和电能，它几乎是透明的。
所以相较于之前用于储能材料，和用于光电催化方面的材料，石墨烯具有着一些得天独厚的优势，也意味这在这些方面上，石墨烯将会得到更为广泛的使用。
二、石墨烯的制备技术目前我们国家在研究石墨烯生产方法时主要有两个方向，分别是物理法制备和化学法制备。
利用微机械剥离法能够得到高质量的石墨烯，但是由于此种方法处理出来的石墨烯通常尺寸较小，应用范围不广阔因此并不适合大规模生产，目前比较适用的还是化学方法，化学方法总共分为两种，一种是化学气象沉积法，这种方法通常是用Ni，Ru等一些过度金属来做基底，在利用甲烷和乙烯等一些小分子来高温气态的条件下发生一些化学反映，在基底层可以生长出石墨烯，这种方法目前主要用来制备墨烯薄膜，但是由于使用过渡金属作为基底，成本相对比较高。
石墨烯在锂离子电池中应用
Abstract
Graphene is a tw o dim ensio nal m at erial only m ade of carbon at om s. Due t o it s
墨烯制备和研究方面的开创性工作获得了 2010 年的诺贝尔物理学奖 . 关键词 石墨烯 ; 诺贝尔奖; 量子霍尔效应; 狄拉克费米子
GRAPHENE: A NEW QUANTUM MATERIAL
Zhang Yi
( In st itu t e of Physics , Ch ines e A cademy of Sciences, Beijin g 100190)
[ 2, 3]
狄拉克费米子行为
. 这种奇特的狄拉克费米子
之前从未在真实的材料中发现 , 而仅仅在理论上 被理论物理学家讨论过 . 石墨烯各种新奇的物理 特性已引起了科学界的广泛关注 . 首次在实验上 制备出石墨烯的两位俄裔英国科学家也因此获得 2010 年度的诺贝尔物理学奖[ 4] .
2 物理与工程 V ol. 21
unique t w o dimensio nal honey com b lat t ice st ruct ur e, Dirac ferm io n s behavior of carriers, and ot her ex ot ic physical charact erist ics, graphene has at tr act ed ex t ensiv e at t ent ion r ecent ly. Graphene also prom ises f or applications in many f ields such as elect ro nicd, info rmat ion technolog y, energ y co nvert ion. Because of t he pioneering w ork in prepar at ion and charact er izat ion o f graphene, A. K. Geim and K. S. Nov oselov , t he U niversit y of M anchest er shared No bel Prize in P hy sics in 2010. Key Words Graphene; Nobel P rize; Quant um H al l eff ect ; Dirac fert mon 过机械剥离的方法制得了石墨烯 , 发现它在大气 1 介绍 晶体管于 1947 年 12 月发明, 它开创了 现代 的半导体工业, 是计算机信息技术的基石 . 随着人 们对计算速度和性能的不断追求 , 传统半导 体器 件尺寸的不断缩小并已经到达了瓶颈 . 人们 急需 具有更快的电子输运和更精确的电子操纵的新材 料来实 现未 来高 速 高效 电子 器件 的应 用. 2004 年, 曼彻斯特大学的康斯 坦丁 诺沃 肖洛夫 ( K. S. No voselov ) 和安德烈 海姆 ( A. K. Geim ) 通 和室温环境下具有稳定的结构 , 并且具有极大的 场效应和极高 的载 流子 迁移 率 ( ~ 15 000cm 2 V- 1 s- 1 ) [ 1] . 之后又发现其载流子表现出独特的
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能研究
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能研究石墨烯是一种具有单层碳原子构成的二维材料，因其优良的导电性、热传导性和机械性能，在电池领域中具有广泛的应用前景。
石墨烯在电池中的应用主要包括锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。
同时，研究石墨烯的电化学性能也是电池领域中的重要课题。
在石墨烯在电池中的应用方面，首先对石墨烯的质量和结构进行要求。
高质量的石墨烯是实现其优良电化学性能的基础，因此制备石墨烯的方法和材料选择十分重要。
传统的制备方法包括机械剥离、化学气相沉积和化学氧化还原等，然而这些方法往往存在着设备昂贵、工艺复杂和低产率的问题。
因此，寻找新的高效制备石墨烯的方法是一个研究热点。
同时，控制石墨烯的结构也是提高其电池性能的关键。
石墨烯的层数、形状和缺陷等结构特征都会影响其电化学性能，因此在石墨烯的制备过程中需要精确控制其结构。
其次，对石墨烯在电池中的性能进行要求。
石墨烯的优良导电性能使其成为一种理想的电极材料。
在锂离子电池中，石墨烯可以作为负极材料，具有高容量、长循环寿命和较低的电化学反应动力学等优势。
在超级电容器中，石墨烯的高表面积和优良导电性能有助于提高能量密度和功率密度。
在燃料电池中，石墨烯可以作为催化剂载体，提高催化剂的活性和稳定性。
因此，石墨烯在电池中的性能要求包括较高的比容量、良好的循环寿命和较低的电化学反应动力学。
最后，研究石墨烯的电化学性能是提高其在电池中应用的关键。
石墨烯的电化学性能主要包括离子和电子传导性能、比电容/容量和循环稳定性等。
离子和电子传导性能是石墨烯在电池中发挥优良性能的基础，可以通过表面修饰和组装等方法来提高。
比电容/容量是评价电池性能的重要指标，可以通过控制石墨烯的结构和表面官能团等方法来实现。
循环稳定性是评价电池循环寿命的主要指标，可以通过控制石墨烯的缺陷和结构稳定性等方法来提高。
综上所述，石墨烯在电池中的应用要求和电化学性能研究是电池领域中的热点课题。
通过对石墨烯质量和结构的精确控制，进一步研究石墨烯的电化学性能，有望实现石墨烯在电池领域中的广泛应用，为推动电池技术的发展做出重要贡献。
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略
石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略石墨烯是一种二维的碳材料，具有极高的导电性、热导性和力学强度，因此被广泛研究用于电池领域。
石墨烯在电池中的应用主要集中在锂离子电池和超级电容器等领域。
本文将探讨石墨烯在电池中的应用要求，以及一些提高其电化学性能的策略。
石墨烯在电池中的应用要求主要包括高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本等方面。
首先，高能量密度是电池的核心性能之一。
石墨烯具有高比表面积和优异的电导率，可以提供更多的储存空间和导电路径，从而提高电极的能量密度。
其次，高功率密度是实现快速充放电的关键。
石墨烯的高导电性和热导性可以提供更快的离子和电子传输速率，从而实现高功率密度的要求。
此外，长循环寿命是电池的可持续发展的关键因素。
石墨烯的高力学强度可以提高电极的结构稳定性，延长电池的寿命。
最后，低成本是实际应用的一个重要要求。
石墨烯的可制备性、稳定性和可扩展性都需要进一步改进，以降低成本并实现工业化生产。
为了改善石墨烯在电池中的电化学性能，可以采取以下策略。
首先，优化石墨烯的制备方法。
目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。
通过改进制备方法，可以提高石墨烯的质量和制备效率。
其次，改变石墨烯的结构和形貌。
石墨烯可以通过氧化、还原、掺杂或功能化等方法进行修饰，以改变其表面性质和化学活性。
这些改变可以提高石墨烯在电池中的电化学性能。
第三，构建石墨烯复合材料。
将石墨烯与其他材料（如金属氧化物、碳纳米管等）进行复合，可以充分利用各材料的优点，实现协同效应，提高电池的性能。
第四，设计石墨烯基电极结构。
石墨烯的二维结构可以为电极提供更大的比表面积和更好的离子传输通道。
通过调控电极结构，可以实现更高的能量密度和功率密度。
最后，开发新型电解质和界面材料。
石墨烯和电解质、电极之间的界面是电池性能的关键因素。
开发更好的电解质和界面材料，可以改善电池的循环寿命和安全性能。
综上所述，石墨烯在电池中的应用要求高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本。
石墨烯在锂离子电池中的应用综述
石墨烯在锂离子电池中的应用
学生姓名 贾凯洋
指导教师 杨贵进
西北师范大学物理与电子工程学院
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
目 录
选题背景
石墨烯的制备和性质
石墨烯在锂离子电池中的应用 石墨烯在锂离子电池中应用的总结及前景 展望
2019/4/12
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩 表1.石墨烯改性正极材料的简要制备方法
正极材料 LiFePO4
石墨烯在锂离子电池正极材料中的应用
共沉淀法 + 热处 理 水热法+热处理 喷雾干燥 + 热处 理 溶胶-凝胶法 水解+溶剂热法 2~5μm 280
复合方法
Li3V2(PO4遇到的问题的基本途径之一
石墨烯因其优异的性能在锂离子电池电极材料的选择中被广 泛关注
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
锂离子电池工作原理
图1 锂离子电池工作原理示意图 2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
锂离子电池的应用
电压高、能量密度 大、循环性能好、 自放电小、无记忆 效应
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯做锂离子电池负极材料的问题
制备过程石墨烯片层极易堆积
石墨烯首次充放电库伦效率低
石墨烯循环性能差 石墨烯的其他问题
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯/锰氧化物复合材料
MnOX+2xLi++2xe2C+Li++e-
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展结合当前利用石墨烯材料特殊二维结构、优良物理化学特性来改善锂离子电池较低能量密度、较差循环性能等缺陷的研究热点，综述石墨烯材料及石墨烯复合材料在锂离子电池负极材料中的应用研究进展，指出现有电极材料的缺陷和不足，讨论作为锂离子电池电极的石墨烯复合材料结构与功能调控的重要性，并简要评述石墨烯在相关领域中所面临的挑战和发展前景。
标签：石墨烯;锂离子电池;负极材料石墨烯是一种结构独特并且性能优异的新型材料，它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1，2]。
由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，特别是在未来实现基于石墨烯材料的高能量密度、高功率密度应用有着非常重要的理论和工程价值。
理想的石墨烯是真正的表面性固体，其所有碳原子均暴露在表面，具有用作锂离子电池负极材料的独特优势：（1）石墨烯具有超大的比表面积，比表面积的增大可以降低电池极化，减少电池因极化造成的能量损失。
（2）石墨烯具有优良的导电和导热特性，即本身已具有了良好的电子传输通道，而良好的导热性确保了其在使用中的稳定性。
（3）在聚集形成的宏观电极材料中，石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨的，这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径较短;而且片层间距也大于结晶性良好的石墨，更有利于Li+的扩散传输。
因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子电池功率性能的提高。
1 石墨烯直接作为锂离子电池负极材料商业化锂离子电池石墨负极的理论容量为372 mAh/g。
为实现锂离子电池的高功率密度和高能量密度，提高锂离子电池负极材料的容量是一个关键性问题。
无序或比表面积高的热还原石墨烯材料具有大量的微孔缺陷，能够提高可逆储锂容量。
因此，相对石墨材料，石墨烯的储锂优点有：（1）高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入?脱嵌，比容量可达到700～2000 mAh/g，远超过石墨材料的理论比容量372 mAh/g（LiC6）;（2）高充放电速率：多层石墨烯材料的面内结构与石墨的相同，但其层间距离要明显大于石墨的层间距，因而更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。
石墨烯负极材料
石墨烯负极材料石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料，具有许多独特的物理和化学性质，因此被广泛应用于电子器件、能源存储、传感器等领域。
在石墨烯材料中，负极材料的研究和应用备受关注，因为它在锂离子电池、超级电容器等电化学器件中具有重要作用。
石墨烯作为负极材料具有许多优异的性能。
首先，石墨烯具有高比表面积，大量的活性位点有利于锂离子的嵌入和脱嵌，从而提高了电化学性能。
其次，石墨烯具有优异的导电性和电子迁移率，能够有效地提高电化学反应速率，增强电极的导电性能。
此外，石墨烯还具有优异的机械性能和化学稳定性，能够增加电化学器件的循环寿命和安全性能。
在锂离子电池中，石墨烯作为负极材料具有重要的应用前景。
由于石墨烯具有高比表面积和优异的导电性能，能够提高电池的能量密度和功率密度，同时提高电池的循环寿命和安全性能。
石墨烯负极材料还可以有效缓解锂离子电池中的“石墨烯涂层”现象，提高电池的充放电效率和循环寿命。
因此，石墨烯负极材料在锂离子电池中具有重要的应用前景，有望取代传统的石墨负极材料，成为下一代高性能锂离子电池的关键材料。
除了锂离子电池，石墨烯负极材料还在超级电容器、钠离子电池等领域具有重要应用价值。
石墨烯负极材料具有优异的离子传输和电子传输性能，能够大幅提高超级电容器的能量密度和功率密度，同时提高循环寿命和安全性能。
在钠离子电池中，石墨烯负极材料也表现出良好的嵌入/脱嵌反应动力学和循环稳定性，有望成为下一代钠离子电池的重要材料。
总的来说，石墨烯作为负极材料具有许多优异的性能，有望在电化学器件中取得重要应用。
随着石墨烯制备技术的不断进步和研究的深入，相信石墨烯负极材料将会在未来的电化学领域发挥重要作用，推动电化学器件的性能和应用水平不断提高。
石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极材料中的应用
2017年10月石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极材料中的应用吉功涛(江苏省邗江中学,江苏扬州225009)摘要：石墨烯因其独特的二维空间网络结构[1]，有极大的比表面积，良好导电性能，是优异的电极材料。
可通过与金属氧化物复合的方法将其机械性能和导电性能的优势最大化。
本文对石墨烯的结构、性质、制备方法及其在锂离子电池负极材料方向上的应用进行了综述，提出其发展问题并对其发展前景进行展望。
关键词：石墨烯;锂离子电池;负极材料1985年克罗托、科尔和斯莫利发表关于发现富勒烯的论文，有关石墨微观结构的研究进入了人们的视野，此后1991年饭岛澄男成功制备碳纳米管推动了碳纳米管相关研究的发展，至2004年Geim 、Novoseiov 用机械剥离法成功制备石墨烯，学术界又掀起了针对石墨烯的研究热潮[1-2]。
如今，石墨烯的应用种类越来越多，研究越来越深入。
将石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极中应用是现在一种前景和可行性都非常优秀的方案。
1石墨烯的空间结构及性质石墨烯是由单层碳原子以sp 2杂化形式成键形成的具有蜂窝状六边形结构的二维原子晶体[2]。
它能承载远大于其自身重量的物体，实验数据显示1m 2石墨烯能承受4kg 的重量而其面质量仅为0.77mg [2]足以证明其具有优异的机械性能,同时石墨烯理论比表面积达到2630m 2/g [3]。
以上石墨烯的性质体现其在复合材料领域有很大的应用价值。
石墨烯导电性能良好，其导电率能达到106S/m [4]，可作为良好的电极材料。
此外，石墨烯还具有优良的导热性以及透光性。
其透光率达到97.7%，导热率为5×103W/mk ，理论导热性能是铜的十倍多[3-5]，足以支持其在光学、热学领域的应用。
2石墨烯的制备方法机械剥离法是获取石墨烯成本最低的方法，通过对高定向热解石墨进行反复剥离获取石墨烯，运用此法得到的石墨烯能满足实验室需要，在本征石墨烯研究中应用广，但是受限于其制备规模，这种方法很难满足石墨烯的商业需求。
石墨烯在锂离子电池中的应用
220管理及其他M anagement and other石墨烯在锂离子电池中的应用唐 佳（宁德新能源科技有限公司，福建 宁德 352100）摘 要：本文介绍了石墨烯在锂离子电池中的应用，石墨烯作为新型碳材料既可取代石墨负极以提升负极材料的克容量，又可作为导电剂提升正极材料的导电性，也可作为添加剂改善Li-S 等新型电池的膨胀等问题，本文还对石墨烯未来的应用进行了展望。
关键词：石墨烯；锂离子电池；导电剂；添加剂中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）13-0220-2收稿日期：2020-07作者简介：唐佳，女，生于1988年，汉族，湖南衡阳人，博士研究生，工程师，研究方向：负极材料。
1 介绍石墨烯是目前已知最薄和最坚硬的纳米材料。
其强度是钢铁的20倍，且拉伸20%不断裂。
石墨烯的热导性高于碳纳米管和金刚石，其数值高达5300W/m·K。
在常温下，它的电子迁移率高于碳纳米管和硅，其迁移率大于15000cm2/V·s，并且其阻抗只有10-8Ω·m，是世界上阻抗最低的材料。
石墨烯优异的电子迁移率和极低的阻抗为其在锂离子电池中应用提供了可能。
因此，石墨烯在锂离子电池中的应用备受关注[1-3]。
2 石墨烯在负极中的应用石墨烯拥有巨大的比表面积和优异的电性能是其可作为锂离子电池负极材料的关键之一。
锂电池负极材料的主要种类有天然石墨，人造石墨，中间相炭微球及其他类型，其成本约占电芯成本的15%。
是石墨类结构由于其高导电性、稳定的层状结构、锂离子脱嵌性能好等优势成为了首先被应用于锂离子电池的碳负极材料。
但其理论比容量仅为372mAh/g [4]。
而石墨烯除了与石墨相同的层间嵌锂外，由于其巨大的表面积还可以实现锂离子在石墨烯片层两端嵌锂，因此被认为石墨烯的理论容量为740mAh/g，为传统石墨材料的两倍[5]。
Yoo E [6]等以氧化还原法制备石墨烯用于锂离子电池负极材料，实验结果显示首次循环的比容量为540mAh/g，相较石墨容量有明显的提升。
石墨烯材料在锂离子电池中的应用
石墨烯材料在锂离子电池中的应用石墨烯是一种由碳原子排列成的二维材料，具有优异的导电性、导热性和机械性能。
这些特点使得石墨烯成为一种理想的电化学材料，特别适合用于储能设备中。
在锂离子电池中，石墨烯可以应用于电极材料、导电添加剂以及隔膜材料等方面。
石墨烯作为电极材料可以大幅提高锂离子电池的储能密度和循环寿命。
传统的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但是其容量有限，循环寿命也不够长。
而采用石墨烯材料可以大大提高负极的比容量和循环寿命，从而提高整个电池的能量密度和稳定性。
石墨烯具有极高的比表面积，可以提供更多的储存空间，同时其优异的导电性和机械性能可以保持电极的稳定性和循环寿命。
石墨烯作为导电添加剂可以改善正极材料的导电性和循环稳定性。
正极材料是锂离子电池中的另一个关键部件，其导电性对电池性能至关重要。
石墨烯作为导电添加剂可以有效提高正极材料的导电性，从而提高电池的充放电效率和循环稳定性。
加入石墨烯可以有效抑制正极材料在循环过程中的体积膨胀，从而减小电极材料的损耗，延长电池的使用寿命。
石墨烯也可以应用于锂离子电池的隔膜材料中。
隔膜是电池中起着隔离正负极、防止短路的关键组件。
传统的隔膜材料通常采用聚合物薄膜，但其导电性能和机械性能有限。
而采用石墨烯制备的隔膜可以提高其导电性能，同时具有优异的机械强度和热稳定性，可以大大提高电池的安全性和循环稳定性。
石墨烯在锂离子电池中的应用可以大大提高电池的能量密度、循环稳定性和安全性。
目前石墨烯在锂离子电池中的商业化应用还面临一些挑战，主要包括生产成本高、大规模制备难等问题。
未来，随着石墨烯生产工艺的进一步改进和成本的降低，相信石墨烯在锂离子电池中的应用前景将会更加广阔。
石墨烯材料及其锂离子电池中的应用
石墨烯材料及其锂离子电池中的应用石墨烯是一种由碳原子单层排列而成的二维材料，具有很多出色的性质，如高导电性、高热导性、高拉伸强度和超薄透明性。
这使得石墨烯在很多领域中有着广泛的应用，其中之一就是锂离子电池。
锂离子电池是目前最常用的可充电电池之一，主要用于手机、电动车等便携设备中。
石墨烯在锂离子电池中的应用主要集中在负极材料和电解液增塑剂方面。
首先，石墨烯可以作为锂离子电池负极材料的添加剂。
传统的锂离子电池负极材料是石墨，但石墨烯的引入可以显著提高电池的性能。
石墨烯具有高导电性和高化学稳定性，可以增加负极材料的电子传导性和储存锂离子能力。
此外，石墨烯还可以提高电池的循环寿命和安全性能，减少电池在充放电过程中的容量衰减和短路的风险。
另外，石墨烯可以作为锂离子电池电解液的增塑剂。
锂离子电池的电解液通常使用有机溶剂，但这些有机溶剂在高温下易燃易爆，降低了电池的安全性能。
石墨烯可以作为增塑剂添加到电解液中，提高电解液的热稳定性和安全性。
此外，石墨烯还可以增加电解液的离子传导性能，提高电池的充放电速率和功率密度。
除了在锂离子电池中的应用，石墨烯还有其他很多潜在的应用领域。
例如，石墨烯可以用于超级电容器，其高电导性和大表面积有助于提高超级电容器的能量密度和充放电速率。
石墨烯还可以用于传感器领域，其高灵敏度和速度可以用于气体、湿度和压力等传感器的制备。
此外，石墨烯也可以应用于光电子学、催化和材料强化等领域。
总结起来，石墨烯在锂离子电池中的应用主要包括负极材料的添加剂和电解液的增塑剂。
石墨烯的引入可以提高电池的性能、循环寿命和安全性能。
除了锂离子电池，石墨烯还有许多其他潜在的应用领域，这使得石墨烯成为当前材料科学研究的热点之一、随着石墨烯技术的进一步发展和成熟，相信其在各个领域中的应用前景将会更加广阔。
石墨烯材料在锂离子电池中的应用
石墨烯材料在锂离子电池中的应用【摘要】石墨烯是一种具有单层碳原子排列的二维材料，具有优异的导电性和导热性。
锂离子电池是目前广泛应用于电子产品和电动车中的能量存储设备。
石墨烯在锂离子电池中可以提高电池的性能、循环寿命和安全性。
最新研究成果表明，石墨烯可以有效提高电池的能量密度和充放电速率。
未来，石墨烯在锂离子电池中的应用仍有很大潜力，可以进一步改善电池的性能和稳定性。
石墨烯材料在锂离子电池中具有重要的应用前景，对未来电池技术的发展将产生重要影响。
.【关键词】石墨烯材料、锂离子电池、电池性能、循环寿命、安全性、研究成果、发展方向、重要性、应用前景、技术发展、影响。
1. 引言1.1 什么是石墨烯材料石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料，具有独特的结构和性质。
其结构类似于蜂窝状排列的碳原子，形成了一个具有极高强度和导电性的结构。
石墨烯的厚度仅为一个原子层，因此被认为是目前已知最薄的材料之一。
由于其独特的二维结构，石墨烯表现出许多非常特殊的性质，如超高的电导率、热导率和机械强度。
石墨烯还具有很高的表面积和可调控的化学性质，使其成为研究和应用领域的热门材料。
石墨烯的发现和研究在2004年由诺贝尔奖得主安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃索洛夫领导的团队首次成功剥离出石墨烯单层，并证实了其独特性质。
自此以后，石墨烯材料在各个领域的应用研究得到了快速发展，特别是在电子学、光学、能源储存等领域展现出了广阔的应用前景。
在能源存储和转换领域，石墨烯材料的应用已经引起了越来越多的关注，特别是在锂离子电池中的应用潜力备受瞩目。
1.2 什么是锂离子电池锂离子电池是一种以锂离子作为电荷载体的可充电电池。
它是一种高效、轻便的能量存储设备，常见于我们生活中的移动设备如手机、笔记本电脑等。
锂离子电池的工作原理是通过锂离子在正极和负极之间来回移动，从而释放能量或者吸收能量。
在充电过程中，锂离子从正极向负极移动，电池储存能量；在放电过程中，锂离子从负极向正极移动，释放能量驱动设备运行。
石墨烯在锂离子电池电极材料中的应用
石墨烯在锂离子电池电极材料中的应用沈文卓;郭守武【摘要】随着电子产品的普及,对锂离子电池的可逆容量、倍率充放电能力和循环稳定性提出了更高的要求.石墨烯由于其独特的电子共轭态和单一的原子层结构,具有优越的电子迁移性、大的表面积和良好的热和化学稳定性.因此,众多研究者致力于借助石墨烯的独有特性来改善锂离子电池正极和负极材料的综合电化学性能.本文对石墨烯在锂离子电池正负极材料中的应用情况以及面临的主要问题做了简要综述.%It is challenging to develop lithium ion batteries (LIBs) possessing simultaneously large reversible capacity,high rate capability,and good cycling stability.Graphene sheets,owing to the unique electronic conjugate state within the basal plane and also the single atomic layered morphology,have superior electronic mobility,large surface area,and decent thermal and chemical stability.Hence,many works have been devoted to the improvements of the cathode and anode materials with graphene.In the work,the achievements and the main problem in the area are overviewed.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2017(036)009【总页数】4页(P79-82)【关键词】石墨烯;正极材料;综述;负极材料;电化学性能;锂离子电池【作者】沈文卓;郭守武【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O613.71与其他种类的二次电池相比，锂离子电池具有高能量密度、高电压、无记忆效应、低自放电率等优点[1-2]，在日用电子产品（如手机、手提电脑、摄像机、电玩）、电动汽车(EV/PHEV/HEV)以及储能电站等领域得到普遍应用。
石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用
石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用俞会根;赵亮;盛军【摘要】介绍了石墨烯的物理化学性质,在锂离子电池中的应用及产业化的情况.石墨烯因其特殊的二维结构,具有与石墨负极不同的电化学性能.对石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能及其影响因素、制备方法、储锂机理等做了介绍.从石墨烯用于锂离子电池的两个方面材料,即负极及复合电极材料,对石墨烯电极国内外的研究状况做了介绍.与石墨负极相比,石墨烯电极具有高容量、高功率密度的优点,但也存在首周库仑效率低、充放电过程极化较大等缺点.目前石墨烯还未实现产业化,石墨烯电池的研发也多处于概念阶段.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】4页(P1155-1158)【关键词】锂离子电池;石墨烯;负极材料;石墨烯复合电极【作者】俞会根;赵亮;盛军【作者单位】北京新能源汽车股份有限公司,北京102606;北京新能源汽车股份有限公司,北京102606;北京新能源汽车股份有限公司,北京102606【正文语种】中文【中图分类】TM912.9石墨烯指单层石墨，是目前所知道的最薄的材料。
虽然科学家们从1947年开始就对石墨烯的物理性质进行了一系列的理论研究，但直到2004年，美国曼彻斯特大学Geim小组才用最简单的机械剥离法从高定向裂解石墨上剥离下了大片的石墨烯，进一步表征了石墨烯的各种性质，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是碳原子堆积成的六边形网格平面，具有理想的二维晶体结构，C-C原子键长是0.142 nm，面密度为0.77mg/m2。
类似于石墨的电子结构，石墨烯中的碳原子也是sp2杂化，每个碳原子贡献出一个未成键电子，所以石墨烯具有良好的导电性，电导率可达106 S/m。
另外，石墨烯层有很好的韧性来适应外力，所以其结构十分稳定。
石墨烯的室温热导率约为5×103W/mK，是室温下铜的热导率的10倍多[1]，表1中列出了石墨烯、石墨、金属铜的一些物理性质。
石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用
石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用田晓鸿（西安航空职业技术学院，西安710089）摘要：新能源汽车锂离子电池对于负极材料的节能环保性要求较高，而石墨烯作为新型的碳材料，因低成本、高性能而成为新型的负极材料，而针对氧化石墨法制备流程复杂、存在污染性，且制成的微米级团聚颗粒石墨烯电化学性能受限问题，文章采用机械液相剥离的规模化制备工艺，将石墨烯与石墨复合制备成石墨烯复合材料，通过实验方法测定其作为锂离子电池负极材料的电化学应用性能，结果表明与石墨复合后，可有效优化石墨烯负极材料的使用性能，更好的满足新能源汽车发展要求。
关键词：石墨烯；负极材料；电化学性质；锂离子电池中图分类号：U469.72；TM912文献标识码：A文章编号：1001-5922（2021）01-0183-04 Preparation of Graphene and Its Application as Anode Materials for Lithium Ion Batteries of New Energy VehiclesTian Xiaohong（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi'an710089，China）Abstract：New energy automobile lithium-ion battery has high requirements for energy-saving and environmental protection of anode materials.Graphene,as a new carbon material,has become a new type of anode material due to its low cost and high performance.However,in view of the complicated preparation process of the graphite oxide method,the presence of pollution,and the limited electrochemical performance of the micron-sized agglomerated particles,this paper adopts the large-scale preparation process of mechanical liquid phase exfoliation to prepare graphene and graphite composites into Graphene composite material,through the experimental method to determine its electrochemical application performance as a lithium-ion battery anode material.The results show that the per⁃formance of graphene anode material can be effectively optimized after compounding with graphite,which can bet⁃ter meet the development requirements of new energy vehicles.Key words：graphene;anode material;electrochemical properties;lithium ion battery0引言随着电动汽车技术及保有量的不断发展，为实现节能减排的目的，对锂离子电池制备及使用性能提出了更高的要求。
石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用研究进展
石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用研究进展摘要：石墨烯在新时代是十分关键的材料，其在物理和化学特性具有一定优势，能够在锂离子电池中得到良好的应用，可以显著优化锂离子电池电子传输速度以及放电循环性能等等。
因此相关人员应该重视对石墨烯复合导电剂的研究，让其作用能够充分发挥作用。
为提高石墨烯复合导电剂的应用效果，本文通过文献法和分析法对石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用进行了分析，从石墨烯特性、应用优势以及应用进展三方面展开论述，以供参考。
关键词：石墨烯复合导电剂；锂离子电池；应用引言：随着社会的不断进步，新能源汽车实现了繁荣发展。
新能源汽车不会给环境带来污染，同时也能够满足人们的出行需要，其在社会中具有至关重要的作用。
锂离子电池是新能源汽车的关键组成，具有储能的作用。
但是从目前新能源电池应用上来看，还存在一定问题，如充电慢、容量小以及能量低等等，这在很大程度上制约了新能源领域的发展。
基于此，提高锂离子电池性能变得越来越重要。
石墨烯在物理化学特性上具有一定的优势，将石墨烯复合导电剂应用在锂离正极具有显著效果，可以解决传统锂离子电池的问题。
一、石墨烯的特性石墨烯是当今时代的新材料，其具有二维结构，主要是由碳原子紧密堆积而成，简单来说就是对多层石墨的叠加。
由于其具有良好的物理化学性能使得石墨烯在众多领域都具有广阔的前景，在未来将成为重要的材料。
石墨烯的物理和化学性质如下表一所示。
表一石墨烯性质石墨烯的良好性能使其能够在锂离子中充分发挥作用，石墨烯可以作为电池正、负极的材料。
将其应用在电池正、负极中，可以显著的增加活性点位空间，从而在一定程度上提高电池的容量，延长电池的使用年限。
同时石墨烯也可以作为导电剂，促使电极之间完成互连，提高电子的传输速率。
可以说石墨烯在锂离子上有着重要应用，其是导电剂的材料未来发展的趋势。
二、石墨烯复合导电剂的应用优势石墨烯复合导电剂具有较强的应用优势，主要体现在以下几个方面：一是导电性能强。
石墨烯在锂电池中的应用
石墨烯在锂电池中的应用墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率（15000cm2/V•s)，导电性能优越，尤其适用与制造锂电池导电添加剂、锂电池正负极复合材料等锂电池材料。
此外，石墨烯电极复合材料及导电添加剂能有效改善电极循环性能：加入石墨烯的磷酸铁锂正极复合材料，循环100周后，可逆比容量为纯LiPO4电极的1.4倍。
石墨烯在电池中的应用1.作为导电剂锂离子电池充放电是通过锂离子在正负极的脱嵌反应来实现的。
具体表现为，充电时正极锂离子脱插，负极锂离子嵌入；放电时正极锂离子嵌入，负极锂离子脱插。
在这个过程中，嵌入与脱插的锂离子越多，电池容量越大。
其充放电速度主要由锂离子在电极中的传输和脱嵌速度来决定。
所以如果电极材料中电子和锂离子传导通道越多，其充电速度就越快。
传统锂离子电池无法进行快速充电，主要受限于锂电池正负极导电性能不足，无法同电子进行充分反应，反应层集中在表面影响内部电极的反应，导致锂离子短时间内脱嵌速度不足，无法形成大电流，间接影响锂离子扩散系数，同时受限于高倍率充电下电池寿命的衰减。
而且传统电池在工作时会在电极表面形成一层固体电解质膜，阻挡了锂离子的“脚步”，进而减慢了锂离子的运输速度。
锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元和磷酸铁锂等。
石墨烯在正极材料中属于面点接触，具有优异的导电性能，可以作为其电极的导电剂，优异于作为点点接触的常规导电剂。
锂电池有个性能叫做倍率性能，用C来衡量。
假设一块锂电池的容量是3000mAh，那么1C就是用3000mA的电流给它充电，一小时充满；2C就是用6000mA的电流充电，半小时充满。
续航与电量正相关的情况下，充到支持相同续航里程的电量，倍率性能大的电池充电时间更短。
电芯在快充时，主要的技术难点为锂离子在正极的快速脱离，在电解液的传输以及在负极的嵌入，其中相对重要的是要求正负极具有良好的导电性，可以在短时间进行大规模化学反应，这样电子的扩散速度加快，增加了锂离子的脱嵌和嵌入速度。
石墨烯锂电池原理
石墨烯锂电池原理
石墨烯锂电池是一种利用石墨烯材料作为电极的新型锂离子电池。
它的工作原理与传统锂电池相似，但借助石墨烯材料的独特性能，具有更高的能量密度、更快的充电速度和更长的循环寿命。
首先，石墨烯作为负极材料，具有极高的导电性和良好的化学稳定性。
当锂离子从正极边移动到负极边时，石墨烯能够快速传导电子，实现电荷的平衡。
其次，石墨烯负极的结构独特，具有大量的表面积。
这使得锂离子能够更充分地嵌入石墨烯层，增加电池的储存容量。
同时，石墨烯负极的微孔结构和高度开放的层间特性，使锂离子能够轻松穿过，提高充电和放电速度。
另外，石墨烯材料还能够提高电池的循环寿命。
传统锂电池在长时间循环充放电后，电极会出现脱层、结构损坏等问题，导致电池容量下降。
而石墨烯作为负极材料，具有高度柔韧性和耐久性，能够抵御电极的膨胀和收缩，延长电池使用寿命。
总的来说，石墨烯锂电池利用石墨烯材料的独特性能，实现了更高的能量密度、更快的充电速度和更长的循环寿命。
尽管石墨烯锂电池面临着诸如成本高、生产工艺复杂等挑战，但其在新能源领域的应用前景广阔，被广泛认为是锂电池技术的重要突破。
浅析石墨烯电极材料对电池性能的影响
176管理及其他M anagement and other浅析石墨烯电极材料对电池性能的影响王 剑，任 君（南宁职业技术学院，广西 南宁 530000）摘 要：石墨烯作为一种新型的纳米材料，由于其特殊的二维单层扩展碳结构、优异的导电性、导热性、韧性和强度，在功能材料、能源等领域得到了广泛的应用。
石墨烯在锂离子电池电极材料的优化和改进中受到广泛关注。
如果电极使用石墨烯材料或与其他材料结合，可以充分发挥其优势，在一定程度上提高电池的性能。
本文主要介绍了石墨烯在锂离子电池中的应用及其优点。
分析了石墨烯材料的优缺点、重点研究方向和应用前景，为今后石墨烯电池的开发和制备提供参考。
关键词：石墨烯；锂离子电池；正极材料；负极材料；复合材料中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）05-0176-2 收稿日期：2021-03作者简介：王剑，男，生于1982年，汉族，山西太原人，工学博士，工程师，研究方向：新材料制备。
1 石墨烯材料综述1.1 石墨烯概述石墨烯材料由基本的碳原子组成，其形状呈六角形。
组成与蜂巢相似的平面二维结构，属于纳米材料中的一种。
2004年，曼彻斯特大学的Andrehaim 和Konstantin 团队首次成功地采用机械剥离法，获取了石墨烯。
石墨烯的发现者获得了2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是一种由一层碳原子组成的新材料。
碳原子在参与杂化的过程中以SP2的形式，使电子能够保证顺利传导。
石墨烯材料的导电性良好，是目前已知材料中电阻率最低的一类导电材料。
石墨烯由于其特殊的纳米结构和优异的物理化学性能，在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能、传感器等领域显示出巨大的潜力。
1.2 石墨烯的特点1.2.1 超大比表面积石墨烯材料的比表面积非常大，可达到2600m 2/g，当其他材料与石墨烯材料相结合后能够最大程度的提高其比表面积。
其他材料的相互作用分布在石墨烯片的表面或片间，石墨烯材料本身已发生团聚现象，当与其它材料复合时能够降低其团聚倾向。
石墨烯材料及其锂离子电池中的应用资料
石墨烯材料及其锂离子电池中的应用资料有关石墨烯材料及其锂离子电池中的应用技术，具有较高的原创性
摘要
石墨烯是一种具有突出特性的一维碳纳米材料，由一层厚度仅一个原
子厚的碳原子构成，具有高的抗拉强度、优良的电子导电性能和电子显微
特性。
因其独特的化学和物理性质，石墨烯可以用作电子器件中的探测器、接触层或纳米封装，可以用于高性能电池和其他电子应用。
本文针对石墨
烯材料及其在锂离子电池中的应用，提出了六点研究议题，分别是石墨烯
材料的结构和特性，石墨烯的制备技术，石墨烯在电池正极材料中的应用，石墨烯在电池负极材料中的应用，石墨烯在电池安全膜中的应用，以及石
墨烯和锂离子电池的发展趋势。
从结构和特性方面，石墨烯具有单原子厚度、高温稳定性、高抗拉强度、优良的电子导电性能和电子显微特性，作
为电池正极、负极材料和安全膜时能够提高电池的安全性、耐久性和性能。
通过综述国内外最新研究成果，以石墨烯材料改进的锂离子电池可以达到
高容量、快速充电、低温性能好等优良性能。
本文最后探讨了石墨烯和锂
离子电池的未来发展趋势，提出了一些发展方向，以及技术和产业应用潜
力的展望。
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石墨烯因其优异的性能在锂离子电池电极材料的选择中被广 泛关注
2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
锂离子电池工作原理
图1 锂离子电池工作原理示意图
2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
锂离子电池的应用
电压高、能量密度 大、循环性能好、 自放电小、无记忆
效应
2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯的制备和性质
图2 电子显微镜下观测的石墨烯片（a）；石墨烯结构示意图（b） 2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯的制备
1. 微机械剥离法
利用氧等离子束对高取向热解石墨表面进行刻蚀，然后将其压在氧 化硅/硅衬底上，用透明胶带反复胶粘撕裂剥离，将衬底用丙酮超声，就 得到了单层的石墨烯。
2. 氧化石墨还原法
将天然鳞片石墨用无极强氧化性酸处理后，再以强氧化剂如KMnO4、 KClO4 等对其氧化，将得到的氧化石墨在溶液中超声剥离，即可形成稳定 的石墨烯氧化物的分散液，然后将其还原即可制得石墨烯。
3. 化学气象沉积法
将基底置于可分解的碳源气体中，在 N2 或 Ar/H2 保护下，通过高温 退火使碳原子沉积在基底上形成石墨烯，再通过化学腐蚀移除基底就得 到石墨烯。
6
合肼
微 波 辅 助 水 热 改进的Hummers法/水 10~40
27
法
合肼
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
微乳液法+球磨 改进的Hummers法/超 70~110
10
声分离
Li[Co0.1Ni0.15Li0.2Mn0.55]O2 固相法
V2O5•nH2O
水热法
V2O5纳米线 V2O5微球
水热法 溶剂热法
不能替代传统石墨 作为负极材料使用
提供更多的活性位
很高的电导率
非常适合
优 势
良好的机械强度、柔韧性、化学稳定性、
作为复合 电极材料
很高 的比表面积
的基底
化学转化的石墨烯具有较大比例的官能团
2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
致谢
特别感谢西北师大物电学院每一位老师在
我大学四年里给我的帮助与教导
2020/5/15
物理与电子工程表学院1.石本科墨生烯毕改业性论正文答极辩材料的简要制备方法
正极材料石墨烯在锂复离合子方法电池正氧还原化极剂石墨材制料备方中法及的应粒用/n径m
ห้องสมุดไป่ตู้
石墨烯 含量/%
LiFePO4
共沉淀法+热处 改进的Hummers法/水 约100
1.5
理
合肼
水热法+热处理 改进的Hummers法/H2 -
8
喷雾干燥+热处 改进的Hummers法/热 2~5μm
9
理
还原
Li3V2(PO4)3
溶胶-凝胶法 改进的Hummers法/抗 280
1.14
坏血酸
LiMn1-xFexPO4
水解+溶剂热法 改进的Hummers法/抗 长50~100； 约20
坏血酸
直径20~30
LiMn2O4
自组装
改进的Hummers法/水 约7
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
• 选题背景
一次电池含有重金属镉、铅、汞、镍、锌、锰及废酸、废碱 等许多有害物质，严重污染环境
1991年索尼公司发布首个商用锂离子电池，已广泛应应用于 各式电子设备中
现阶段发展混合动力汽车或纯电动汽车用动力电池以及清洁能源存 储用储能电池，对锂离子电池提出了更高的要求。
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
氮掺杂石墨烯作为锂离子电池负极材料
图8 天然石墨图(a图)6、图7氮石氮9 掺氮墨掺杂掺烯杂石杂(石b墨石)墨和烯墨烯氮的烯电掺S电极杂E极M前石图倍3墨次(率a烯)充和性(c放T)能电E电M极曲图循线(b环) 性能曲线 2020/5/15
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➢ 电子迁移率超过15000cm2/（V·s）VS 硅1400cm2/（V·s ）
➢ 半整数的量子霍尔效应
电 学
➢ 永不消失的电导率
➢ 电阻率约10-6 Ω·cm
光 学
➢ 透光率高达98%
2020/5/15
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石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能
图图图43.5天天.天然然然石石石墨墨墨((aa())a和和)和石石石墨墨墨烯烯烯((bb()b)电电)电极极极循前的环3循次伏环充安性放曲能电线曲线 2020/5/15
4. 外延生长法
通过加热 6H-SiC 晶体，在（001）单晶面上生长出石墨烯片层。
2020/5/15
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石墨烯的性质
力 ➢ 理论比表面积高达2600m2/g VS 活性炭800～1000m2/g 学 ➢ 实测弹性模量为1060GPa
热 ➢ 导热系数高达5300 W/（m·K） VS 铜400W/mK 学 ➢ 良好的结晶性
图10. 锰氧化物/石墨烯复合电极的循环 图12图锰11氧锰化伏氧物安化/曲石物线墨/石[烯3]墨复烯合复电合极电循极环前性3能次和充倍放率电性曲能线曲[3] 线[3]
[3] 高云雷,赵东林沈,曾民．锰氧化物/石墨烯复合材料作为锂离子 电池负极的研究．功能材料,2012,11(43): 1446-1448．
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯在锂离子电池中的应用
学生姓名 贾凯洋 指导教师 杨贵进
西北师范大学物理与电子工程学院
2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
目录
选题背景 石墨烯的制备和性质 石墨烯在锂离子电池中的应用 石墨烯在锂离子电池中应用的总结及前景
展望
2020/5/15
-
直径170~180 0.5
改 进 的 Hummers 法 宽度约100 17．8
/NaBH4 声波降解法+热膨胀 -
3．89
改进的Hummers法/超 200~800 2020/456/15
声分离
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯在锂离子电池中应用的总结
缺 首次库仑效率低 陷 充放电平台较高
石墨烯做锂离子电池负极材料的问题
✓ 制备过程石墨烯片层极易堆积 ✓ 石墨烯首次充放电库伦效率低 ✓ 石墨烯循环性能差 ✓ 石墨烯的其他问题
2020/5/15
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯/锰氧化物复合材料
MnOX+2xLi++2xe- Mn+xLi2O 2C+Li++e- LiC2