中国粉体网讯 锂离子电池是世界上应用最广泛的高性能二次电池，但其性能依然难以满足电动汽车、电子产品、规模储能等应用场景。市场对锂离子电池能量密度、倍率性能及循环性能等不断提出更高要求。
石墨烯结构示意图（来源：Pixabay）
石墨烯具有独特的二维结构和优异的电学、力学、化学性能，能够缓解电极材料的体积膨胀等，恰是极具潜力的锂离子电池新材料。为解决上述问题带来了新的解决思路。石墨烯能大幅提升锂离子电池的性能，因此其正极、负极、隔膜、集流体、添加剂等方面应用前景尤为广阔。
目前来看，针对石墨烯加入锂离子电池中的研究方向大致有两个：正极石墨烯导电剂和负极石墨烯。
正极石墨烯导电剂
锂离子电池正极材料应用较多的主要有磷酸铁锂（LiFePO4）、镍钴锰三元、钴酸锂（LiCoO2）等，但这些材料的 Li+、e-传导率均较低，制约着锂离子电池的性能，需要加入导电剂来改善。
导电剂材料的基本功能是在电极活性微粒之间建立离子高速传输通道，提升电子传输速度。碳系材料是目前应用最为广泛的一类导电剂，但大量非活性、轻组分的碳导电剂会降低电池体积能量密度。
将石墨烯用作锂电池导电剂，可以极大增加碳导电剂的单位碳原子导电效率，一改碳黑等传统导电添加剂“点—点”接触模式为“面—点”接触模式，可以构建“至柔至薄至密”的导电网络，大幅降低不贡献容量的碳导电剂用量，解决碳导电剂用量与高能量需求之间的矛盾，显著提高电池的体积能量密度和充放电性能。
不同导电剂与正极颗粒连接方式的示意
石墨烯负极
与石墨相比，不具有层状结构的石墨烯用作锂电负极的前景不乐观，纯石墨烯的充放电曲线与硬碳和活性炭材料非常相似，还有首次循环库仑效率低、没有充放电平台及循环稳定性差的缺点。因此，目前纯的石墨烯不存在取代石墨类材料直接用作锂电池负极的可能性。但石墨烯基复合材料有可能作为高性能电极材料推动锂电池产业的发展。
常规锂电池中所采用的是石墨等负极材料，比容量和能量密度偏低，不能满足市场的新需求。目前负极材料的研究主要集中在能促进电池容量提升的Si基材枓、锂金属材枓、过渡金属氧化物/硫化物等方面，但这些材料普遍存在体积变化大、导电性差等问题，制约了锂电池的性能。将石墨烯与这些新型负极材料复合，构建各种包覆结构，是解决此问题的有效途径。
2023年8月，中国粉体网将在山城重庆举办“2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会”。我们有幸邀请到安徽大学的王俊中教授为我们带来题为《石墨烯复合电极材料的设计制备》的报告。
团队经过多年的努力，获得了批量化低成本制备高分散性石墨烯的关键技术，为石墨烯复合电极材料的设计制备打下了基础。研究发现，高分散性石墨烯，能促进碳资源（如沥青、纤维素）活化和碳化，降低能耗，提高产物导电性，提升离子储能动力学，提高锂硫电池正极材料的储能性能。报告还将介绍电极材料的设计制备与高性能，包括复合集流体及正极的理性设计，探讨离子储能的机理与调控机制，展望电池材料的未来发展。
王俊中教授，现任职安徽大学物质科学与信息技术研究院，安徽省石墨烯先进材料工程实验室主任，博士生导师，中国微米纳米技术学会理事；中科院百人，先进材料国际协会会士（IAAM Fellow），入选国家科技专家库。先后留学日本和新加坡8年，在中科院山西煤化所任课题组长和研究员8年，曾获先进材料国际协会科学家奖章和山西省科学技术奖。发明了石墨烯电化学绿色制备方法，在国内外孵化2家石墨烯科技企业。授权发明专利20项，授权PCT国际发明专利2项。在JACS、Angewandte等国际知名期刊发表学术论文50篇，多次受邀在国内外学术和行业会议做报告。
参考来源：
1.赵振宁 石墨烯基复合材料的制备及在新能源电池中的应用进展
2.韩宏伟 石墨烯在锂离子电池领域研究现状的分析
3.于永波 石墨烯材料在锂离子电池中的研究进展
4.中国粉体网 石墨烯在锂电池中的应用
5.环球网 天天喊石墨烯电池 其实都叫错了
（中国粉体网编辑整理/乔木）
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！
