中國粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池是世界上應用最廣泛的高性能二次電池，但其性能依然難以滿足電動汽車、電子產品、規(guī)模儲能等應用場景。市場對鋰離子電池能量密度、倍率性能及循環(huán)性能等不斷提出更高要求。

石墨烯結構示意圖（來源：Pixabay）

石墨烯具有獨特的二維結構和優(yōu)異的電學、力學、化學性能，能夠緩解電極材料的體積膨脹等，恰是極具潛力的鋰離子電池新材料。為解決上述問題帶來了新的解決思路。石墨烯能大幅提升鋰離子電池的性能，因此其正極、負極、隔膜、集流體、添加劑等方面應用前景尤為廣闊。

目前來看，針對石墨烯加入鋰離子電池中的研究方向大致有兩個：正極石墨烯導電劑和負極石墨烯。

正極石墨烯導電劑

鋰離子電池正極材料應用較多的主要有磷酸鐵鋰（LiFePO4）、鎳鈷錳三元、鈷酸鋰（LiCoO2）等，但這些材料的 Li+、e-傳導率均較低，制約著鋰離子電池的性能，需要加入導電劑來改善。

導電劑材料的基本功能是在電極活性微粒之間建立離子高速傳輸通道，提升電子傳輸速度。碳系材料是目前應用最為廣泛的一類導電劑，但大量非活性、輕組分的碳導電劑會降低電池體積能量密度。

將石墨烯用作鋰電池導電劑，可以極大增加碳導電劑的單位碳原子導電效率，一改碳黑等傳統(tǒng)導電添加劑“點—點”接觸模式為“面—點”接觸模式，可以構建“至柔至薄至密”的導電網(wǎng)絡，大幅降低不貢獻容量的碳導電劑用量，解決碳導電劑用量與高能量需求之間的矛盾，顯著提高電池的體積能量密度和充放電性能。

不同導電劑與正極顆粒連接方式的示意

石墨烯負極

與石墨相比，不具有層狀結構的石墨烯用作鋰電負極的前景不樂觀，純石墨烯的充放電曲線與硬碳和活性炭材料非常相似，還有首次循環(huán)庫侖效率低、沒有充放電平臺及循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點。因此，目前純的石墨烯不存在取代石墨類材料直接用作鋰電池負極的可能性。但石墨烯基復合材料有可能作為高性能電極材料推動鋰電池產業(yè)的發(fā)展。

常規(guī)鋰電池中所采用的是石墨等負極材料，比容量和能量密度偏低，不能滿足市場的新需求。目前負極材料的研究主要集中在能促進電池容量提升的Si基材枓、鋰金屬材枓、過渡金屬氧化物/硫化物等方面，但這些材料普遍存在體積變化大、導電性差等問題，制約了鋰電池的性能。將石墨烯與這些新型負極材料復合，構建各種包覆結構，是解決此問題的有效途徑。

2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。我們有幸邀請到安徽大學的王俊中教授為我們帶來題為《石墨烯復合電極材料的設計制備》的報告。

團隊經(jīng)過多年的努力，獲得了批量化低成本制備高分散性石墨烯的關鍵技術，為石墨烯復合電極材料的設計制備打下了基礎。研究發(fā)現(xiàn)，高分散性石墨烯，能促進碳資源（如瀝青、纖維素）活化和碳化，降低能耗，提高產物導電性，提升離子儲能動力學，提高鋰硫電池正極材料的儲能性能。報告還將介紹電極材料的設計制備與高性能，包括復合集流體及正極的理性設計，探討離子儲能的機理與調控機制，展望電池材料的未來發(fā)展。

王俊中教授，現(xiàn)任職安徽大學物質科學與信息技術研究院，安徽省石墨烯先進材料工程實驗室主任，博士生導師，中國微米納米技術學會理事；中科院百人，先進材料國際協(xié)會會士（IAAM Fellow），入選國家科技專家?guī)臁Ｏ群罅魧W日本和新加坡8年，在中科院山西煤化所任課題組長和研究員8年，曾獲先進材料國際協(xié)會科學家獎章和山西省科學技術獎。發(fā)明了石墨烯電化學綠色制備方法，在國內外孵化2家石墨烯科技企業(yè)。授權發(fā)明專利20項，授權PCT國際發(fā)明專利2項。在JACS、Angewandte等國際知名期刊發(fā)表學術論文50篇，多次受邀在國內外學術和行業(yè)會議做報告。

參考來源：

1.趙振寧 石墨烯基復合材料的制備及在新能源電池中的應用進展

2.韓宏偉 石墨烯在鋰離子電池領域研究現(xiàn)狀的分析

3.于永波 石墨烯材料在鋰離子電池中的研究進展

4.中國粉體網(wǎng) 石墨烯在鋰電池中的應用

5.環(huán)球網(wǎng) 天天喊石墨烯電池 其實都叫錯了

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）

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