二维材料在锂离子电池负极中的应用综述
摘要
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，对环境无污染等优点，目前已经在日用电子产品、电动汽车以及储能电站等领域得到普遍应用。本文首先简述了锂离子电池的结构、充放电原理及评价电池性能的指标，并综述了锂离子电池电极材料的研究进展。目前商业化应用的阳极材料，如石墨等，存在理论容量低，锂离子迁移速率慢等缺点，因此开发新型阳极材料是改善锂离子电池性能的关键。随后，本文着重介绍了二维材料，如石墨烯和硼烯等，作为锂离子电池负极材料的潜能。与传统电极材料如石墨相比，二维材料具有比表面积大、质量轻、强度高等优点，在作为锂离子电池阳极材料方面具有天然的优势。因此，寻找一种具有较高储存容量，较低扩散势垒的二维电极材料成为目前锂离子电池领域的研究热点。
关键词：锂离子电池、电极材料、二维材料、电池容量、锂离子扩散势垒。
1 引言
随着经济全球化进程和化石燃料的大量使用，环境污染和能源短缺的问题日渐突出。为了减少化石燃料使用过程的污染，发展风、光、电可持续再生能源及新型动力电池和高效储能系统，实现可再生能源的合理配置及电力调节，对于提高资源利用效率、解决能源危机和保护环境都具有重要战略意义。
1990年日本Nagoura等人制备了以石油焦为负极、LiCoO2为正极的锂离子电池。同年，Moli和Sony公司对外宣布推出以碳为负极的锂离子电池。1991年，日本索尼公司与电池部联合开发了以聚糖醇热解碳为负极的锂离子电池。1993年，美国Bcllcorc公司首先报导了采用PVDF工艺制造成的聚合物锂离子电池。2019年，John Goodenough、Stanley Whittingham和吉野彰(Akira Yoshino)因在可充电锂离子电池开发方面的贡献被授予诺贝尔化学奖。锂离子电池(LiB)具有比能量高、低自放电、循环性能好、无记忆效应和绿色环保等优点，是目前最具发展前景的高效二次电池和发展最快的化学储能电源。锂离子电池现在已经深入到了生活中的方方面面，它让电子设备更加轻量、续航更加持久，驱动着移动电话等便携式电子设备不断革新，让“零化石燃料的社会”成为了可能。近年来，锂离子电池在航空航天领域的应用也逐渐加强，火星着陆器、无人机、地球轨道飞行器、民航客机等航空航天器中，锂离子电池的身影随处可见。随着节能环保、信息技术、新能源汽车及航空航天等战略性新兴产业的发展，科研工作者们亟需在材料创新的基础上研发具有更高能量密度、更高安全性的高效锂二次电池。
2 锂离子电池概述
2.1 锂离子电池结构与工作原理
