中國粉體網(wǎng)訊  眾所周知石墨烯具有高導電性、高導熱性、高比表面積、高強度和剛度等諸多優(yōu)良特性，在儲能、光電器件、化學催化等諸多領(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)用于如新能源汽車時需要進一步提高其能量比。石墨烯的出現(xiàn)為鋰離子電池高性能的突破帶來了可能，從而為高容量、高倍率、長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)鋰電池上進行應(yīng)用，目的是改進、提升鋰電池的性能，這類電池不會產(chǎn)生顛覆性的影響；

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

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都是不良的電子導體，它們的電導率分別為10^-4、10^-6和10^-9Scm^-1。在目前現(xiàn)有的鋰離子電池體系中，電池使用的正負極材料本身具有較低的離子與電子電導率，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。所以為了充放電過程中充分有效利用正極材料同時能提高電池的倍率性能，要在正極材料中加入導電劑，傳統(tǒng)的導電劑一般是石墨。而石墨烯本身具有非常高的電子傳導率，用石墨烯作為導電添加劑是其在鋰電池中最直接，也是最廣泛的應(yīng)用。

石墨烯作為導電劑的問題

對于石墨烯導電劑的實際應(yīng)用，需要綜合考慮石墨烯對電子電導的“面-點”促進作用和對離子傳導的“位阻效應(yīng)”；針對導電劑用量和最終電池的能量/功率密度綜合考慮設(shè)計電極的厚度。對于LFP體系的鋰離子電池，由于石墨烯對鋰離子傳輸?shù)挠绊懛浅�強，所以需要特別注意電極的厚度。

石墨烯在負極材料中的應(yīng)用

目前鋰電池常用的負極材料是石墨，用石墨烯作負極材料的優(yōu)勢有：

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

（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合材料，通過控制其生長顆粒的尺寸，從而縮短鋰離子和電子擴散距離，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，導致電極材料失效。

石墨烯直接用作負極材料存在的問題

（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)生團聚，并且由于范德華力導致團聚不可逆，導致嵌鋰困難，電池容量衰減。

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

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

當前石墨烯復合材料在鋰電池的應(yīng)用成為研究熱門，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)異的石墨烯基復合材料，是當前研究的重點。若石墨烯基電極材料在高能量密度、高功率密度要求的動力鋰離子電池領(lǐng)域獲得應(yīng)用，必將大大提升動力電池的綜合性能，推動電動車、電動工具等領(lǐng)域的發(fā)展。