眾所周知石墨烯具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、高強(qiáng)度和剛度等諸多優(yōu)良特性，在儲(chǔ)能、光電器件、化學(xué)催化等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

鋰離子電池是迄今為止能量比最高的二次電池，但是應(yīng)用于如新能源汽車(chē)時(shí)需要進(jìn)一步提高其能量比。石墨烯的出現(xiàn)為鋰離子電池高性能的突破帶來(lái)了可能，從而為高容量、高倍率、長(zhǎng)壽命的鋰離子電池材料的研究掀起新一輪的研究熱潮。

目前石墨烯在鋰電池方面的研究主要分兩塊

一是在傳統(tǒng)鋰電池上進(jìn)行應(yīng)用，目的是改進(jìn)、提升鋰電池的性能，這類(lèi)電池不會(huì)產(chǎn)生顛覆性的影響;

二是依據(jù)石墨烯制造一個(gè)新體系的電池，它是一個(gè)嶄新系列的，在性能上是顛覆性的，稱(chēng)作“超級(jí)電池”。

石墨烯在正極材料中的應(yīng)用

鋰電池的正極材料例如常用LiCoO2、LiMn2O4和LiFePO4都是不良的電子導(dǎo)體，它們的電導(dǎo)率分別為10-4、10-6和10-9Scm-1。在目前現(xiàn)有的鋰離子電池體系中，電池使用的正負(fù)極材料本身具有較低的離子與電子電導(dǎo)率，這是影響和限制鋰電池充放電循環(huán)和倍率性能的主要因素。所以為了充放電過(guò)程中充分有效利用正極材料同時(shí)能提高電池的倍率性能，要在正極材料中加入導(dǎo)電劑，傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑一般是石墨。而石墨烯本身具有非常高的電子傳導(dǎo)率，用石墨烯作為導(dǎo)電添加劑是其在鋰電池中最直接，也是最廣泛的應(yīng)用。

石墨烯作為導(dǎo)電劑的問(wèn)題

對(duì)于石墨烯導(dǎo)電劑的實(shí)際應(yīng)用，需要綜合考慮石墨烯對(duì)電子電導(dǎo)的“面-點(diǎn)”促進(jìn)作用和對(duì)離子傳導(dǎo)的“位阻效應(yīng)”;針對(duì)導(dǎo)電劑用量和最終電池的能量/功率密度綜合考慮設(shè)計(jì)電極的厚度。對(duì)于LFP體系的鋰離子電池，由于石墨烯對(duì)鋰離子傳輸?shù)挠绊懛浅?qiáng)，所以需要特別注意電極的厚度。

石墨烯在負(fù)極材料中的應(yīng)用

目前鋰電池常用的負(fù)極材料是石墨，用石墨烯作負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)有：

(1)石墨烯導(dǎo)電性能好，耐腐蝕，用作負(fù)極材料可以增強(qiáng)活性物質(zhì)與集流體的導(dǎo)電性;

(2)石墨烯片層作為單層二維結(jié)構(gòu)，原則上不存在體積膨脹，所以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，充放電快，循環(huán)性能好;

(3)納米顆粒原位法合成于石墨烯表面形成基復(fù)合材料，通過(guò)控制其生長(zhǎng)顆粒的尺寸，從而縮短鋰離子和電子擴(kuò)散距離，改善材料的倍率性能;

(4)納米顆粒均勻覆蓋在石墨烯表面，一定程度能夠防止石墨烯片層的聚合和電解質(zhì)浸入石墨烯片層，導(dǎo)致電極材料失效。

石墨烯直接用作負(fù)極材料存在的問(wèn)題

(1)石墨烯由于尺寸小并且具有很高的比表面積，容易與電解液發(fā)生反應(yīng)生成大量的SEI膜，造成大量不可逆容量的損失。

(2)石墨烯在電極循環(huán)中容易發(fā)生團(tuán)聚，并且由于范德華力導(dǎo)致團(tuán)聚不可逆，導(dǎo)致嵌鋰?yán)щy，電池容量衰減。

(3)石墨烯在制備過(guò)程中容易發(fā)生再堆疊，對(duì)分散和干燥條件要求苛刻，導(dǎo)致成本增加。

(4)石墨烯在了，電池負(fù)極材料的應(yīng)用中表現(xiàn)為首次效率低，循環(huán)性能差等問(wèn)題還未能解決。

當(dāng)前石墨烯復(fù)合材料在鋰電池的應(yīng)用成為研究熱門(mén)，如何完善高質(zhì)量石墨烯的制備技術(shù)，尋找出一種可控、大規(guī)模的石墨烯制備方法，并制備出性能優(yōu)異的石墨烯基復(fù)合材料，是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。若石墨烯基電極材料在高能量密度、高功率密度要求的動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域獲得應(yīng)用，必將大大提升動(dòng)力電池的綜合性能，推動(dòng)電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)工具等領(lǐng)域的發(fā)展。