摘  要：二次电池是指在电池放电后可通过充电的手段使活性物质激活而连续使用的电池。在现代生活中二次电池是运用最广泛的电池。其电池材料更是二次电池的研究方向。二维纳米材料所具有的良好的电学特性，为电子传输提供了二维环境和在边缘部分快速多相电子转移，这使它成为二次电池的理想材料。使其在二次电池中有巨大的应用和发展前景。

关键词：二维纳米；石墨烯；锂离子电池；电子转移；未来展望

Application of Two Dimensional Nano Materials in Secondary Batteries

Abstract: After the secondary battery refers to the battery discharge can make active substances by means of charging activation and continue to use the battery. Secondary battery in the modern life is the most widely used batteries. The battery material but also the research direction of secondary battery. Two dimensional nano materials has good electrical properties, provides a two-dimensional electronic transmission environment and fast heterogeneous electron transfer in edge part, which makes it become the ideal material of secondary battery. In the secondary battery has great application and development prospect.

Key Words: Two dimensional nano; Grapheme; Lithium ion battery; Electron transfer; Future prospects

目    录

摘  要 1

引  言 1

1 二次锂离子电池的发展 2

1.1 锂离子电池的原理 2

1.2 锂离子电池发展历史 2

2 二维纳米材料石墨烯的发展史 3

2.1 石墨烯的结构与性质 3

2.2 石墨烯的发展史 4

3 石墨烯纳米锂离子电池负极材料 4

3.1 石墨烯纳米材料的制备方法 4

3.2 石墨烯纳米材料的结构性能 5

3.3 石墨烯纳米负极材料的研究发展现状 5

3.4 石墨烯纳米材料作为负极材料的展望 6

4 其他二维纳米负极材料 7

4.1 锂合金材料 7

4.2 硅基材料 7

4.3 氮化物材料 7

4.4 锡基氧化物材料 7

结  论 7

参考文献 8

致  谢 10

二维纳米材料在二次电池中应用

引 言

二次电池一般解释就是根据化学反应的可逆性，从而得到一个全新的电池体系，使得化学能和电能之间相互转化与修复。目前锂离子电池是运用最为广泛的也是研究的热点，但其能量密度仍无法满足人们的需求。锂离子电池的能量密度基本水平上决定在于所采用的电极材料。所以，探寻一系列优良的负极材料是锂离子电池研究和开发的主要方向。二维材料通常解释为电子仅能在两个维度的非纳米尺度（1-100 nm）上自由运动（平面运动）的材料。其作为二维纳米材料的中相对优良。在锂离子电池负极应用中，其研究价值大，分析了二维石墨烯纳米材料的结构对锂离子电池影响，是当今二次电池研究的最具影响力的研究方向。

1 二次锂离子电池的发展

1.1 锂离子电池的原理

锂离子电池是一类全新的二次电池[1]，其原理为锂离子在两个电极之间相互转移进行运作。当其运作时,锂离子在正负电极之间不断的往复的嵌入和脱嵌。

充电正极上发生的反应为:

LiCoO2＝Li(1-x)CoO2＋XLi+＋Xe-

充电负极上发生的反应为:

6C＋XLi+＋Xe-＝LixC6

充电电池总反应：LiCoO2＋6C＝Li(1-x)CoO2＋LixC6

图 1 锂离子电池的工作原理

1.2 锂离子电池发展历史

1970年，埃克森的M.S.Whittingha在不断试验开发过程中，研究小组经过不懈的努力终于研究出首个锂电池。其正级材料为硫化钛，锂金属为负极材料，为电池行业的发展做出了很大的贡献。这次电池研究的结果有着里程碑式的意义，大大促进了电池行业的发展与进步。

1982年，伊利诺伊理工大学的R.R.Agarwal与J.R.Selman在研究锂离子与石墨的性能上，通过缜密的研究探索，终于研究证明锂离子拥有嵌入石墨的特点与性能。此过程快而高效，并且可逆。由于锂电池危险系数高，安全问题受到格外关注。所以研究人员试着根据其能嵌入石墨的特点研制开发全新的电池。其中贝尔实验室在多方努力下成功研制出首个运用石墨作为电极的锂离子电池。