碳材料在电化学储能中的应用-梁骥

，，，*（，110016）：.，，.，，（/、）、，.：；；；；；：O646：A：2015-09-11，：2015-11-04*，Tel:[phone]，E-mail：[e-mail]()、(No.2011CB932604,2014CB932402)、(No.51221264，No.51525206，No.51172239，No.51372253，No.U14012436)、(No.XDA01020304)(No.KGZD-EW-T06)JOURNALOFELECTROCHEMISTRY216201512Vol.21No.6Dec.2015DOI:10.13208/j.electrochem.150845Citethis:J.Electrochem.2015,21(6):505-517ArticalID:1006-3471(2015)06-0505-13、，/、、、.，；，；，；，、、，（）.，、.，，，，，.，（、、），，，.，，[1].、、、，，，，、、、、（）/.，、，，[2].1.、，.，、.，sp1、sp2、sp3.，sp2，sp2.sp22015.sp2，.，（1）[3].，，.，，，，12.sp2，，，、，、，.，，（/）.，，，[1,4].，4：1），、，，，，；2）、，，，，；3），、.，，，；4），，，.、、、，、./、、、.22.1/，、、、、、、.1990，.，，[4-5].，.（）、（）[6].，.，.，、、，.，，，400~1400mAh·g-1，372mAh·g-1.，1[3]Fig.1Diagramshowingtheformationsofdifferentcarbonmaterialsfromgraphenebuildingblocks[3]506··：6，、、、.，[5,7-9].，，，.（）（）.，，，（、），，.，.，（5%），、、.3[10-11]：1），；2），，；3），，、.，.，、，、，.，，.，[1,12-13]：1），，“”（2），；2），，，，；3），，.，，，[14].，、.，，.，（、、、），，，[9].，，，（3）.，，.，，、2Fig.2Diagramofcarbonnanotubeasaconductiveadditive507··2015，、，，.，：，，，，.，、，.，，，、、、.，，.，[15-16].，.，，，.（Sn、Sb）、（TiO2、Sb2O4）、（NaxTiyOz），，NaxMO2NaMPO4（M=Fe、Ni、Co）[17-18].，（、0.1060.076nm）[19]，，（55mAh·g-1），.，[20-21]，、（[22-23]、[21][24-25]），，100~200mAh·g-1，.，，，、，.，.2.2，，[26].、，[27-28].，，，[29].，，.，[30-31].，，、、、..，、、，，.，，2000m2·g-13[16]Fig.3Schematicrepresentationofstructuralmodelsforgraphene/metaloxidecomposites[16]508··：6.，、，，.、、，.50~200F·g-1（）20~100F·g-1（），.，，，.，[14,32].，，，.，[4,15,33-35].2670m2·g-1，，，（1000m2·g-1），.，（、、）“”，，.，，[36].，，，，，，230~280F·g-1.，、[37].，，，、，，.，[29].、/，，.，，.，.，（2nm）、（2~50nm）（50nm），（4）.，，，.，，，[30].，，[38].：1）.，，，，4.3V4[30]Fig.4Schemeandmicroscopicimagesofhierarchicalporecarbonmaterial[30]509··2015.，；2），[37]，，，，[39]；3），[40].2.3，1675mAh·g-1，2600Wh·kg-1，5（/387Wh·kg-1）.，，，.、、、，[41-42].，/，，，[43-46]./，.，，，.，，.，.，、，，.，，.，.、，，.，，，[45].，，、.、，，，.，，，，[47].，（），，.，，，.，，.，（），，[48].、、，-，，.，，，.，，（），[49-50].，[45].，，.，5510··：6.2.4“、、、”.，，，，、[2,51].，，，，，（6）.，、、、、、[52-53].（、、、），.，，（、）.：1），；2）；3）、，5[45]Fig.5RoadmaptowardsbetterperformanceofcarbonmaterialsforLi-Sbatteries[45]6A.；B.Fig.6Schematicillustrationofconventional(A)andcarbonbasedflexible(B)electrodecomponentsinlithiumionbatteries511··2015.，3：1），、、，，；2），，，，，、、；3），、、、、、/，、，[2].，.，，（7）./，，，，，[54].，.，.：1），；2），3D；3），.2.5，.，.，，，，，.，，[55-56].，，.，，，，[57].，，7[54]Fig.7SchematicrepresentationoftheprocedureinfabricatingflexibleelectrodesforLi-Sbatteries[54]512··：6，[58-59].，[3].，/，.，[60].，[61]../.，，，.，，，[62].，，[63]..，、、、[64-68].，-、-，（8）[68-69].，，.，，Fe-N4，，，[70].，，，，/[71-72].，.、，，.（），，.，：1），、、；2），.3，.，，.，，.、，.，、，.，，，.，8-[69]Fig.8Synergisticcatalyticactivityenhancementforoxygenreductionreactioninducedfromnitrogenandsulfurdual-doping[69]513··2015，.，3：1）：、，、/，，，，；2）：、、；3）：[73]、[41,74][75-76]，[77]，.(References):[1]LiuC,LiF,MaLP,etal.Advancedmaterialsforenergystorage[J].AdvancedMaterials,2010,22(8):E28-E62.[2]WenL,LiF,LuoHZ,etal.Grapheneforflexiblelithi-um-ionbatteries:Developmentandprospects[M].Nanocar-bonsforAdvancedEnergyStorage,Wiley,2015,DOI:10.1002/9783527680054.ch5.[3]GeimAK,NovoselovKS.Theriseofgraphene[J].Na-tureMaterials,2007,6(3):183-191.[4]ChoiNS,ChenZH,FreunbergerSA,etal.Challengesfacinglithiumbatteriesandelectricaldouble-layercapaci-tors[J].AngewandteChemie-InternationalEdition,2012,51(40):9994-10024.[5]WenL(),SongRS(),ShiY(),etal.Lithiumstoragecharacteristicsandpossibleapplicationsofgraphenematerials[J].ActaChimicaSinica(),2014,72(3):333-344.[6]DahnJR,ZhengT,LiuYH,etal.Mechanismsforlithiuminsertionincarbonaceousmaterials[J].Science,1995,270(5236):590-593.[7]delasCasasC,LiWZ.Areviewofapplicationofcarbonnanotubesforlithiumionbatteryanodematerial[J].JournalofPowerSources,2012,208:74-85.[8]PanDY,WangS,ZhaoB,etal.Listoragepropertiesofdisorderedgraphenenanosheets[J].ChemistryofMaterials,2009,21(14):3136-3142.[9]WuY,WangJP,JiangKL,etal.Applicationsofcarbonnanotubesinhighperformancelithiumionbatteries[J].FrontiersofPhysics,2014,9(3):351-369.[10]SpahrME,GoersD,LeoneA,etal.Developmentofcar-bonconductiveadditivesforadvancedlithiumionbatter-ies[J].JournalofPowerSources,2011,196(7):3404-3413.[11]WangQ,SuFY,TangZY,etal.Synergeticeffectofconductiveadditivesontheperformanceofhighpowerlithiumionbatteries[J].NewCarbonMaterials,2012,27(6):427-432.[12]LiuC,ChengHM,Carbonnanotubes:Controlledgrowthandapplication[J].MaterialsToday,2013,16(1/2):19-28.[13]EndoM,KimYA,HayashiT,etal.Vapor-growncarbonfibers(VGCFs)—Basicpropertiesandtheirbatteryappli-cations[J].Carbon,2001,39(9):1287-1297.[14]ZhangQ,HuangJQ,QianWZ,etal.Theroadfornano-materialsindustry:Areviewofcarbonnanotubeproduc-tion,post-treatment,andbulkapplicationsforcompositesandenergystorage[J].Small,2013,9(8):1237-1265.[15]SunYQ,WuQO,ShiGQ.Graphenebasednewenergymaterials[J].Energy&EnvironmentalScience,2011,4(4):1113-1132.[16]WuZS,ZhouGM,YinLC,etal.Graphene/metaloxidecompositeelectrodematerialsforenergystorage[J].NanoEnergy,2012,1(1):107-131.[17]KimSW,SeoDH,MaX,etal.Electrodematerialsforrechargeablesodium-ionbatteries:Potentialalternativestocurrentlithium-ionbatteries[J].AdvancedEnergyMa-terials,2012