中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰離子電池自誕生之初，便對(duì)導(dǎo)電劑材料產(chǎn)生了依賴。鋰離子電池的正極材料。例如鈷酸鋰，基本上是過(guò)渡金屬的氧化物，其特性導(dǎo)致其導(dǎo)電性較差，為了適應(yīng)鋰離子電池的需求，在鋰離子電池制備的過(guò)程中，都會(huì)加入導(dǎo)電劑，以增強(qiáng)正極材料的導(dǎo)電性能，提高電池的性能。
鋰離子電池的導(dǎo)電劑也和鋰離子電池電極材料一樣，不斷的進(jìn)化。從最早的炭黑材料，例如AB，SP等，其特點(diǎn)是點(diǎn)狀導(dǎo)電劑，也可以稱作零維導(dǎo)電劑，主要通過(guò)顆粒之間的點(diǎn)接觸提高導(dǎo)電性。
到后來(lái)，逐漸發(fā)展出了導(dǎo)電碳纖維這一類具有一維結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電劑，由于其纖維狀結(jié)構(gòu)，增大了與電極材料顆粒的接觸，大大提高了電極的導(dǎo)電性，降低了極片電阻。
最近火熱的石墨烯材料，如今也逐漸成為鋰離子電池的新型導(dǎo)電材料，由于石墨烯具有二維的片層狀結(jié)構(gòu)，極大的增加了電極顆粒之間的接觸，提高了導(dǎo)電性，并降低了導(dǎo)電劑的用量，提高了鋰離子電池的能量密度。
石墨烯是一種獨(dú)特的二維材料，石墨烯的出現(xiàn)改變了人們對(duì)單層原子不能穩(wěn)定存在的認(rèn)識(shí)，石墨烯獨(dú)特的物理和化學(xué)特性使得其成為了材料界的新寵，近年來(lái)關(guān)于石墨烯的理論、制備研究已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
鋰離子電池是目前比能量最高的二次電池之一，具有優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能，是便攜電子設(shè)備和動(dòng)力電源的首選，特別是近年國(guó)家大力推動(dòng)發(fā)展的電動(dòng)汽車，由于鋰離子電池具有十分優(yōu)異的綜合性能，因而成為動(dòng)力電池的首選。
石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用目前已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入到了實(shí)用化的階段，利用石墨烯高的導(dǎo)電性，將石墨烯添加到鋰離子電池中作為導(dǎo)電劑，降低鋰離子電池的內(nèi)阻，并降低電池中導(dǎo)電劑的用量，是目前石墨烯在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用的主要方向。
石墨烯的制備主要分為物理方法和電化學(xué)方法，物理方法例如機(jī)械剝離法，硅外延生長(zhǎng)法等，化學(xué)方法比較適合批量生產(chǎn)，例如氧化石墨熱膨脹還原法，低溫法等。
機(jī)械玻璃方法是最早制備獲得石墨烯的方法，2004年Geim等人就通過(guò)膠帶粘貼的方法，從高定向石墨分離獲得了單層的石墨烯，并且因?yàn)檫@一杰出貢獻(xiàn)而獲得了2010年的諾貝爾獎(jiǎng)。
機(jī)械剝離法首先需要用離子束在高定向裂解石墨上刻槽，然后在上面貼上光刻膠，然后進(jìn)行烘焙，然后利用膠帶反復(fù)撕揭，然后將石墨放入丙酮中進(jìn)行超聲處理，將單層的石墨烯撈出，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物可以保持外媒的晶體結(jié)構(gòu)，缺陷少，缺點(diǎn)也是顯而易見的，生產(chǎn)效率極低。
硅外延生長(zhǎng)法也是常用的制備石墨烯的物理方法，該方法主要是用電子束轟擊經(jīng)過(guò)氧化或者H2處理的SiC單晶片，除去表面的氧化物，再利用高溫將表面層中的Si原子蒸發(fā)，剩余的C原子會(huì)發(fā)生重構(gòu)，在SiC的表面生成石墨烯。
氧化石墨的熱膨脹還原法是常用的化學(xué)制備石墨烯的方法，也是目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的方法，該方法是將鱗片石墨經(jīng)過(guò)一系列的氧化反應(yīng)獲得氧化石墨，再經(jīng)過(guò)還原就可以制得石墨烯。
主要原理是利用石墨與強(qiáng)氧化劑反應(yīng)使得石墨的層間距變大，類似于爆米花的過(guò)程。該方法可以廉價(jià)的大量制備石墨烯，但是由于在還原過(guò)程中存在不充分的問(wèn)題，因此導(dǎo)致該方法制備的石墨烯材料導(dǎo)電性稍差，并且石墨烯表面存在的官能團(tuán)可能會(huì)影響到鋰離子電池性能的發(fā)揮。
石墨烯單獨(dú)作為負(fù)極材料時(shí)，雖然其初始容量較高，但是隨著充放電，電池的容量快速衰減，這可能是較大的比表面積，以及較多結(jié)構(gòu)缺陷，使得石墨烯與電解液之間的副反應(yīng)較多，從而導(dǎo)致不可逆容量較高。
因此目前鋰離子電池中石墨烯的應(yīng)用主要集中在石墨烯作為導(dǎo)電劑添加，以提高導(dǎo)電性，以及制備石墨烯復(fù)合材料。例如石墨烯與Si材料結(jié)合，Zhao等制備了具有多孔結(jié)構(gòu)的Si-G復(fù)合材料，在8A/g的電流密度下，比容量達(dá)到1100mAh/g，相當(dāng)于8分鐘充滿，而在1A/g的電流密度下，比容量高達(dá)3200mAh/g。
隨著石墨烯制備技術(shù)的逐漸成熟，生產(chǎn)成本不斷降低，石墨烯作為導(dǎo)電劑應(yīng)用在鋰離子電池上已經(jīng)進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用階段。
