石墨烯在鋰電池負極材料中的應用

石墨烯作為鋰電池負極材料，當采用50mA/g的電流密度充放電時，該石墨烯電極材料的比容量為540mAh/g；再經20次循環后，容量發生一定程度的衰減。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，無論是輕薄、硬度、導熱、導電，都是所有材料之最，被認為是一種未來革命性的材料。

研究發現，這可能與材料中石墨烯片層的排列方式未得到優化有關。以石墨烯紙作為鋰離子電池負極材料時，循環性能就不太理想，首次循環之后，比容量就下降到100mAh/g以下(充放電電流密度50mA/g)。文獻等采用熱膨脹氧化石墨法制備的石墨烯，將其應用于鋰離子電池負極材料中。當采用1mA/g的電流密度充放電時，其比容量可達554mAh/g。

鋰電池負極材料石墨烯的應用現狀及前景

近年來由于新能源汽車的快速發展，對動力鋰電池需求飛速提升，全球動力電池在鋰電池產量中的占比由2014年的14%快速提升到2015年的28%；而中國動力電池在鋰電池產量中的占比也由2014年的19%快速提升到2015年的36%。

鋰離子電池產業可以分為上游的礦產資源、中游的原材料、產品制造與組裝、下游的應用三大范疇。在產業鏈的環節中，鋰電池隔膜制造環節的毛利率是最高的。負極材料技術是最成熟的，其中石墨系負極材料仍是主流。

仍技術角度來看，未來鋰離子電池負極材料將會呈現出多樣性的特點。隨著技術的迚步，目前的鋰離子電池負極材料已經仍單一的人造石墨發展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。

天然石墨負極材料技術有了較大的迚步，其可逆容量已達360mAh/g以上，在消費型鋰離子電池中獲得了廣泛的應用。預計在未來的小型電池中，高容量電池仍將以天然石墨為主。人造石墨負極材料當前的應用非常廣泛，其優點是長寽命，較低的極片反彈，而缺點是容量相對較低。目前在人造石墨的技術改迚使得人造石墨也可以發揮350mAh/g的可逆容量。將人造石墨與天然石墨復合作為鋰離子電池負極材料也已被許多電池廠家所認可。軟/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、金屬合金、硅碳合金等新型負極材料目前已經處于試用階段，可能在未來幾年里會逐步產業化。新型的負極材料雖然有其特殊的優勢，但技術仍然不成熟。