石墨烯材料及其锂离子电池中的应用

石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用摘要：随着近几年石墨烯的研究进展，在复合材料领域石墨烯扮演的角色越来越重要。

随着科技的发展，锂离子电池应用的范围越来越广。

负极材料作为锂离子电池重要部分，越来越多的被人们研究开发。

基于此，文章就锂离子电池负极材料中石墨烯的应用加以分析和探讨。

关键词：锂离子电池；负极材料；石墨烯随着科技的发展，锂电池凭借高电压、高能量密度、良好的循环性能、低自放电等突出优势在人们生活中的应用越来越广泛。

在锂离子电池中电位比较低的一端叫负极，在原电池中起氧化作用。

锂电池中负极所需要的材料为负极材料。

根据实际生产中锂离子电池生产成本核算，负极材料成本约占比锂电池总成本的1/4~1/3，因此负极材料的研究至关重要。

一、什么是石墨烯石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格而形成的一种异形体。

自然界中有许多它的“同胞兄弟”如石墨、钻石、碳、碳纳米管。

这些都是碳的其他异形体。

石墨烯他的化学结构很简单，作为一种新型的材料，将会变得极其容易获得，不会像之前难以获得的材料那么昂贵，这将会使价格变得低廉，也让人们更容易所接受。

再说它的空间结构，它的形状是一种类似足球比赛中守门员的球网，是一种薄膜，是一种六角型晶格平面的薄膜，是一种只有一个碳原子的厚度二维材料，是一种新型的、坚固的二维材料，这就区别了和三维材料的区别，在后面我们会说出石墨烯也是可以由二维材料变成三维材料的。

石墨烯具有一些不同于其他材料的一些特性，他是最坚固的材料，它能传导热量和电能，它几乎是透明的。

所以相较于之前用于储能材料，和用于光电催化方面的材料，石墨烯具有着一些得天独厚的优势，也意味这在这些方面上，石墨烯将会得到更为广泛的使用。

二、石墨烯的制备技术目前我们国家在研究石墨烯生产方法时主要有两个方向，分别是物理法制备和化学法制备。

利用微机械剥离法能够得到高质量的石墨烯，但是由于此种方法处理出来的石墨烯通常尺寸较小，应用范围不广阔因此并不适合大规模生产，目前比较适用的还是化学方法，化学方法总共分为两种，一种是化学气象沉积法，这种方法通常是用Ni，Ru等一些过度金属来做基底，在利用甲烷和乙烯等一些小分子来高温气态的条件下发生一些化学反映，在基底层可以生长出石墨烯，这种方法目前主要用来制备墨烯薄膜，但是由于使用过渡金属作为基底，成本相对比较高。

石墨烯在电池中的应用要求与电化学性能改善策略石墨烯是一种二维的碳材料，具有极高的导电性、热导性和力学强度，因此被广泛研究用于电池领域。

石墨烯在电池中的应用主要集中在锂离子电池和超级电容器等领域。

本文将探讨石墨烯在电池中的应用要求，以及一些提高其电化学性能的策略。

石墨烯在电池中的应用要求主要包括高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本等方面。

首先，高能量密度是电池的核心性能之一。

石墨烯具有高比表面积和优异的电导率，可以提供更多的储存空间和导电路径，从而提高电极的能量密度。

其次，高功率密度是实现快速充放电的关键。

石墨烯的高导电性和热导性可以提供更快的离子和电子传输速率，从而实现高功率密度的要求。

此外，长循环寿命是电池的可持续发展的关键因素。

石墨烯的高力学强度可以提高电极的结构稳定性，延长电池的寿命。

最后，低成本是实际应用的一个重要要求。

石墨烯的可制备性、稳定性和可扩展性都需要进一步改进，以降低成本并实现工业化生产。

为了改善石墨烯在电池中的电化学性能，可以采取以下策略。

首先，优化石墨烯的制备方法。

目前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。

通过改进制备方法，可以提高石墨烯的质量和制备效率。

其次，改变石墨烯的结构和形貌。

石墨烯可以通过氧化、还原、掺杂或功能化等方法进行修饰，以改变其表面性质和化学活性。

这些改变可以提高石墨烯在电池中的电化学性能。

第三，构建石墨烯复合材料。

将石墨烯与其他材料（如金属氧化物、碳纳米管等）进行复合，可以充分利用各材料的优点，实现协同效应，提高电池的性能。

第四，设计石墨烯基电极结构。

石墨烯的二维结构可以为电极提供更大的比表面积和更好的离子传输通道。

通过调控电极结构，可以实现更高的能量密度和功率密度。

最后，开发新型电解质和界面材料。

石墨烯和电解质、电极之间的界面是电池性能的关键因素。

开发更好的电解质和界面材料，可以改善电池的循环寿命和安全性能。

综上所述，石墨烯在电池中的应用要求高能量密度、高功率密度、长循环寿命和低成本。

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用1 石墨烯的性质及应用概述石墨烯是一种由碳原子组成的薄薄的层状物质，其单层厚度只有一个碳原子层厚度，具有高强度、高导电性、高热导率、高透明度等特点，被誉为“二十一世纪的黑金”。

石墨烯的这些特性使其在许多领域有着广泛的应用，从电子学、能源、催化、生物医学到材料学等等领域均有涉及。

2 石墨烯在锂离子电池中的应用锂离子电池是目前使用较为广泛的一种二次电池，能够在多种场合应用。

石墨烯在锂离子电池中的应用主要为改善电池的性能、延长电池的使用寿命以及减少电池的体积和重量等方面。

具体的应用包括以下几个方面：2.1 石墨烯作为锂离子电池的电极材料石墨烯作为一种优良的导电材料，可以作为锂离子电池的电极材料，既可以作为负极材料，也可以作为正极材料。

在负极材料方面，石墨烯的高表面积和导电性能可以增加电池的容量、循环寿命和充电速度等性能。

在正极材料方面，石墨烯可以提高电池的能量密度、循环寿命和充电速度等性能。

此外，石墨烯还可以作为一种电极材料增强剂，与其它材料复合使用，使电池整体性能更优秀。

2.2 石墨烯复合材料在锂离子电池中的应用除了单独使用石墨烯作为电池的电极材料外，还可以将石墨烯与其它材料复合使用，以改善锂离子电池的性能。

例如，石墨烯/二氧化钛复合材料可以提高电池的充电容量和循环寿命；石墨烯/硅复合材料可以减轻电池的体积和重量；石墨烯/氧化铁复合材料可以提高电池的容量和循环寿命。

石墨烯作为一种材料增强剂，它的加入可以增加复合材料的强度和稳定性，从而提高电池的使用寿命和性能。

2.3 石墨烯纳米复合材料在锂离子电池中的应用除了常规的石墨烯复合材料外，石墨烯纳米复合材料在锂离子电池中也具有潜在的应用前景。

石墨烯颗粒的尺寸十分微小，因此具有较大的比表面积和可控的晶格结构，这使得它能够与其它材料充分结合，形成具有优异性能的纳米复合材料。

石墨烯纳米复合材料可以提高电极材料的比表面积、电子传输速率和离子反应速率等性能，从而大幅度提高锂离子电池的容量、循环寿命和充电速度等性能。

石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展结合当前利用石墨烯材料特殊二维结构、优良物理化学特性来改善锂离子电池较低能量密度、较差循环性能等缺陷的研究热点，综述石墨烯材料及石墨烯复合材料在锂离子电池负极材料中的应用研究进展，指出现有电极材料的缺陷和不足，讨论作为锂离子电池电极的石墨烯复合材料结构与功能调控的重要性，并简要评述石墨烯在相关领域中所面临的挑战和发展前景。

标签：石墨烯;锂离子电池;负极材料石墨烯是一种结构独特并且性能优异的新型材料，它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1，2]。

由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，特别是在未来实现基于石墨烯材料的高能量密度、高功率密度应用有着非常重要的理论和工程价值。

理想的石墨烯是真正的表面性固体，其所有碳原子均暴露在表面，具有用作锂离子电池负极材料的独特优势：（1）石墨烯具有超大的比表面积，比表面积的增大可以降低电池极化，减少电池因极化造成的能量损失。

（2）石墨烯具有优良的导电和导热特性，即本身已具有了良好的电子传输通道，而良好的导热性确保了其在使用中的稳定性。

（3）在聚集形成的宏观电极材料中，石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨的，这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径较短;而且片层间距也大于结晶性良好的石墨，更有利于Li+的扩散传输。

因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子电池功率性能的提高。

1 石墨烯直接作为锂离子电池负极材料商业化锂离子电池石墨负极的理论容量为372 mAh/g。

为实现锂离子电池的高功率密度和高能量密度，提高锂离子电池负极材料的容量是一个关键性问题。

无序或比表面积高的热还原石墨烯材料具有大量的微孔缺陷，能够提高可逆储锂容量。

因此，相对石墨材料，石墨烯的储锂优点有：（1）高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入?脱嵌，比容量可达到700～2000 mAh/g，远超过石墨材料的理论比容量372 mAh/g（LiC6）;（2）高充放电速率：多层石墨烯材料的面内结构与石墨的相同，但其层间距离要明显大于石墨的层间距，因而更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。

石墨烯在锂电池中的应用研究资料石墨烯是一种由碳原子构成的单原子厚的二维材料，具有良好的导电性、热导性和力学性能，因此在电池领域具有广阔的应用前景。

本文将从石墨烯在锂电池正负极材料以及电解液中的应用角度，综述石墨烯在锂电池中的研究进展。

一、石墨烯在锂电池正极材料中的应用研究锂离子电池的正极材料主要有锂钴酸盐（LiCoO2）、锂铁磷酸盐（LiFePO4）等。

石墨烯在锂电池正极材料中的应用主要体现在两个方面：增强材料的导电性和改善电化学性能。

1.增强材料的导电性：石墨烯具有优异的电导率，将其与正极材料进行复合可以显著提高其导电性能。

例如，将石墨烯与LiCoO2进行复合制备出的复合材料可以提高锂离子的扩散速率和材料的导电性能，从而提高了锂电池的放电容量和循环寿命。

2.改善电化学性能：石墨烯与正极材料之间的复合可以提高材料的电化学性能。

石墨烯不仅可以增加正极材料的导电性，还可以改善其电化学反应的动力学过程，减小锂离子的插入／脱出电阻。

因此，利用石墨烯与正极材料的复合可以提高正极材料的容量、循环寿命和功率密度。

二、石墨烯在锂电池负极材料中的应用研究锂离子电池的负极材料主要有石墨等。

石墨烯在锂电池负极材料中的应用主要体现在以下几个方面：提高材料的电子传导性、增加锂离子的扩散速率、改善循环稳定性以及抑制锂金属的钝化现象。

1.提高电子传导性：石墨烯与石墨等负极材料的复合可以提高材料的电子传导性，从而降低电阻，改善电池的功率输出性能。

2.增加锂离子的扩散速率：石墨烯具有二维结构，可以提供更多的锂离子插入位点，增加锂离子的扩散速率，提高电池的充放电速度。

3.改善循环稳定性：石墨烯与石墨等负极材料的复合可以形成更稳定的结构，抑制材料的体积膨胀，从而提高电池的循环寿命。

4.抑制锂金属的钝化：在锂金属负极中加入石墨烯可以改善锂电池的充放电性能，减少锂金属负极表面的簧曲现象，提高电池的循环寿命。

三、石墨烯在锂电池电解液中的应用研究1.增加电解液的导电性：将石墨烯引入锂离子电池的电解液中可以提高电解液的导电性，减小电池的内阻，提高电池的放电容量和功率密度。

石墨烯的十大用途
一、电子学领域
石墨烯在电子领域的用途是最明显的，它几乎可以在任何一个电子装
置中发挥作用，其应用的范围从电路器件到高频器件都能发挥重要的作用，从而使得电子设备的性能更加优异。

具体来说，石墨烯可以用于制造低阻
抗电路，高频电路，低损耗电路，高信噪比电路，还可以实现快速传输，
工作电流小，功耗低，可以制造可折叠、轻便、薄芯的灵敏传感器等，可
以大大缩短产品的规模和尺寸，降低电路板的复杂度，使用寿命更长，提
升电子装置的效能。

二、电池领域
石墨烯在电池领域的应用也非常广泛，它可以用于普通的锂离子电池，也可以用于锂硫、锂空气电池中，石墨烯能吸收高能量的电荷，在电池负
极的形成新的结构，改进电池的放电稳定性和容量，还可以降低电池的耐
久性，有利于把电池保护在一定的稳定状态，使用寿命更长。

三、燃料电池领域
石墨烯也可以用于燃料电池，由于其优异的热稳定性和优越的电导性，石墨烯可以有效提升燃料电池的功率和效率，进一步提高燃料电池的可靠
性及安全性，燃料电池可以用于太阳能、热能、水能等可再生能源的转换
和储存，以及汽车、船舶等的应用。

石墨烯材料在锂离子电池中的应用
石墨烯是由碳原子构成的单层六角晶格结构的二维晶体材料，拥有好的导电性、热导
性和机械强度。

由于其优异的物理和化学性质，石墨烯材料在锂离子电池领域得到了广泛
关注和研究。

第一，石墨烯材料的导电性能能够增强电池的电导率，提高电池的充放电效率和容量。

石墨烯接触电极材料表面的情况下，能够增加电极与电解液之间的接触面积，并利用强电
荷相互作用解决电解液中固体氧化物的问题。

这种优异的导电性能促进了锂离子在电极材
料和电解液之间的迁移，从而增加了电池的容量和性能。

第二，石墨烯材料的高表面积和厚度为一原子的单层结构，能够提高电极的比表面积
和电荷密度，从而提高电池的储能密度以及实际放电效率。

石墨烯纳米片在此方面的应用
已经获得了显著的成功。

第三，石墨烯材料的高机械强度和化学惰性，能够为电池提供更高的耐久性和稳定性，并且防止电极材料的破损和失去活性，从而增加了电池的循环寿命。

第四，石墨烯材料能够作为高效的电池保护层，抑制电池中对电极和电解液的不良反应，延长电池的使用寿命。

第五，石墨烯材料结构吸附惰性和阻滞特性，也可以通过吸附电解液中的离子和分子，控制电池的化学反应，提高电池的性能和循环寿命。

由上述分析可以看出，石墨烯材料具有优秀的电化学性能和优异的物理和化学性质，
可以被广泛应用于锂离子电池领域，尤其是在提高电池性能、实现高储能密度和快速充放
电等方面具有重要意义。

随着石墨烯材料的不断发展和实用化，相信石墨烯在锂离子电池
领域的应用将越来越广泛。

2017年10月石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极材料中的应用吉功涛(江苏省邗江中学,江苏扬州225009)摘要：石墨烯因其独特的二维空间网络结构[1]，有极大的比表面积，良好导电性能，是优异的电极材料。

可通过与金属氧化物复合的方法将其机械性能和导电性能的优势最大化。

本文对石墨烯的结构、性质、制备方法及其在锂离子电池负极材料方向上的应用进行了综述，提出其发展问题并对其发展前景进行展望。

关键词：石墨烯;锂离子电池;负极材料1985年克罗托、科尔和斯莫利发表关于发现富勒烯的论文，有关石墨微观结构的研究进入了人们的视野，此后1991年饭岛澄男成功制备碳纳米管推动了碳纳米管相关研究的发展，至2004年Geim 、Novoseiov 用机械剥离法成功制备石墨烯，学术界又掀起了针对石墨烯的研究热潮[1-2]。

如今，石墨烯的应用种类越来越多，研究越来越深入。

将石墨烯及其复合材料在锂离子电池负极中应用是现在一种前景和可行性都非常优秀的方案。

1石墨烯的空间结构及性质石墨烯是由单层碳原子以sp 2杂化形式成键形成的具有蜂窝状六边形结构的二维原子晶体[2]。

它能承载远大于其自身重量的物体，实验数据显示1m 2石墨烯能承受4kg 的重量而其面质量仅为0.77mg [2]足以证明其具有优异的机械性能,同时石墨烯理论比表面积达到2630m 2/g [3]。

以上石墨烯的性质体现其在复合材料领域有很大的应用价值。

石墨烯导电性能良好，其导电率能达到106S/m [4]，可作为良好的电极材料。

此外，石墨烯还具有优良的导热性以及透光性。

其透光率达到97.7%，导热率为5×103W/mk ，理论导热性能是铜的十倍多[3-5]，足以支持其在光学、热学领域的应用。

2石墨烯的制备方法机械剥离法是获取石墨烯成本最低的方法，通过对高定向热解石墨进行反复剥离获取石墨烯，运用此法得到的石墨烯能满足实验室需要，在本征石墨烯研究中应用广，但是受限于其制备规模，这种方法很难满足石墨烯的商业需求。

220管理及其他M anagement and other石墨烯在锂离子电池中的应用唐 佳（宁德新能源科技有限公司，福建 宁德 352100）摘 要：本文介绍了石墨烯在锂离子电池中的应用，石墨烯作为新型碳材料既可取代石墨负极以提升负极材料的克容量，又可作为导电剂提升正极材料的导电性，也可作为添加剂改善Li-S 等新型电池的膨胀等问题，本文还对石墨烯未来的应用进行了展望。

关键词：石墨烯；锂离子电池；导电剂；添加剂中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）13-0220-2收稿日期：2020-07作者简介：唐佳，女，生于1988年，汉族，湖南衡阳人，博士研究生，工程师，研究方向：负极材料。

1 介绍石墨烯是目前已知最薄和最坚硬的纳米材料。

其强度是钢铁的20倍，且拉伸20%不断裂。

石墨烯的热导性高于碳纳米管和金刚石，其数值高达5300W/m·K。

在常温下，它的电子迁移率高于碳纳米管和硅，其迁移率大于15000cm2/V·s，并且其阻抗只有10-8Ω·m，是世界上阻抗最低的材料。

石墨烯优异的电子迁移率和极低的阻抗为其在锂离子电池中应用提供了可能。

因此，石墨烯在锂离子电池中的应用备受关注[1-3]。

2 石墨烯在负极中的应用石墨烯拥有巨大的比表面积和优异的电性能是其可作为锂离子电池负极材料的关键之一。

锂电池负极材料的主要种类有天然石墨，人造石墨，中间相炭微球及其他类型，其成本约占电芯成本的15%。

是石墨类结构由于其高导电性、稳定的层状结构、锂离子脱嵌性能好等优势成为了首先被应用于锂离子电池的碳负极材料。

但其理论比容量仅为372mAh/g [4]。

而石墨烯除了与石墨相同的层间嵌锂外，由于其巨大的表面积还可以实现锂离子在石墨烯片层两端嵌锂，因此被认为石墨烯的理论容量为740mAh/g，为传统石墨材料的两倍[5]。

Yoo E [6]等以氧化还原法制备石墨烯用于锂离子电池负极材料，实验结果显示首次循环的比容量为540mAh/g，相较石墨容量有明显的提升。

石墨烯的功能化及其相关应用一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维纳米材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，便以其独特的电子、热学和机械性能，引起了全球科研人员的广泛关注。

由于其具有超高的电子迁移率、超强的导热性和极高的力学强度，石墨烯被誉为“黑金”，并有望引领新一轮的工业革命。

本文旨在深入探讨石墨烯的功能化方法，以及这些功能化后的石墨烯在各个领域的应用前景。

我们将从石墨烯的基本性质出发，详细阐述其功能化的基本原理和技术手段，包括化学修饰、物理掺杂等。

随后，我们将对石墨烯在能源、电子、生物医学、复合材料等领域的应用进行详细介绍，并分析其潜在的市场价值和挑战。

我们将对石墨烯功能化及其应用的未来发展趋势进行展望，以期能为相关领域的科研工作者和从业人员提供有益的参考和启示。

二、石墨烯功能化的方法石墨烯作为一种二维碳纳米材料，拥有出色的电学、热学和力学性能，这使得它在多个领域具有广泛的应用前景。

然而，原始石墨烯的化学稳定性较高，与大多数溶剂和分子的相容性较差，这限制了其在实际应用中的使用。

因此，对石墨烯进行功能化修饰，以提高其与其他材料的相容性和稳定性，成为了石墨烯研究领域的重要方向。

目前，石墨烯的功能化方法主要包括共价键功能化和非共价键功能化两大类。

共价键功能化是通过化学反应将官能团或分子共价连接到石墨烯的碳原子上。

这种方法可以精确控制石墨烯的化学性质，实现对其电子结构和性质的调控。

常见的共价键功能化方法包括重氮反应、环加成反应和自由基加成反应等。

通过这些方法，可以在石墨烯上引入羟基、羧基、氨基等官能团，从而改善其在溶剂中的分散性和与其他材料的相容性。

非共价键功能化则是通过物理相互作用，如π-π堆积、静电作用、氢键等，将分子或聚合物吸附到石墨烯表面。

这种方法不需要破坏石墨烯的碳碳共价键，因此可以在保持石墨烯原有性质的基础上，实现对其功能的拓展。

常见的非共价键功能化方法包括π-π堆积作用、表面活性剂包裹和聚合物吸附等。

石墨烯材料在锂离子电池中的应用石墨烯是一种由碳原子排列成的二维材料，具有优异的导电性、导热性和机械性能。

这些特点使得石墨烯成为一种理想的电化学材料，特别适合用于储能设备中。

在锂离子电池中，石墨烯可以应用于电极材料、导电添加剂以及隔膜材料等方面。

石墨烯作为电极材料可以大幅提高锂离子电池的储能密度和循环寿命。

传统的锂离子电池主要采用石墨作为负极材料，但是其容量有限，循环寿命也不够长。

而采用石墨烯材料可以大大提高负极的比容量和循环寿命，从而提高整个电池的能量密度和稳定性。

石墨烯具有极高的比表面积，可以提供更多的储存空间，同时其优异的导电性和机械性能可以保持电极的稳定性和循环寿命。

石墨烯作为导电添加剂可以改善正极材料的导电性和循环稳定性。

正极材料是锂离子电池中的另一个关键部件，其导电性对电池性能至关重要。

石墨烯作为导电添加剂可以有效提高正极材料的导电性，从而提高电池的充放电效率和循环稳定性。

加入石墨烯可以有效抑制正极材料在循环过程中的体积膨胀，从而减小电极材料的损耗，延长电池的使用寿命。

石墨烯也可以应用于锂离子电池的隔膜材料中。

隔膜是电池中起着隔离正负极、防止短路的关键组件。

传统的隔膜材料通常采用聚合物薄膜，但其导电性能和机械性能有限。

而采用石墨烯制备的隔膜可以提高其导电性能，同时具有优异的机械强度和热稳定性，可以大大提高电池的安全性和循环稳定性。

石墨烯在锂离子电池中的应用可以大大提高电池的能量密度、循环稳定性和安全性。

目前石墨烯在锂离子电池中的商业化应用还面临一些挑战，主要包括生产成本高、大规模制备难等问题。

未来，随着石墨烯生产工艺的进一步改进和成本的降低，相信石墨烯在锂离子电池中的应用前景将会更加广阔。

石墨烯材料的化学还原及其在锂离子电池中的应用石墨烯是一种由碳元素构成的薄膜材料，其独特的物理和化学性质使它成为了一个备受关注的研究领域。

目前，石墨烯已经进入了各种领域，例如能源、电子、生物医学等。

其中，在锂离子电池领域，石墨烯的应用也引起了人们极大的兴趣。

石墨烯的化学还原是研究锂离子电池中石墨烯应用的重要环节。

石墨烯的化学还原是指将氧化石墨烯还原为原始的石墨烯材料的过程。

氧化石墨烯是一种氧化的石墨烯薄膜，其结构中含有氧元素和其他杂质。

氧化石墨烯具有良好的分散性和可加工性，但其导电性和力学性能都较石墨烯差。

为了获得更好的性能，需要将其还原为石墨烯。

目前，石墨烯的化学还原主要有两种方法：化学还原和热还原。

在化学还原中，通过添加还原剂来还原氧化石墨烯，其中常见的还原剂有氢气、卤素化合物、硼氢化合物等。

化学还原可以在常温下进行，但还原剂的选择和处理过程都会对还原效果产生影响。

热还原则是将氧化石墨烯加热到高温下进行还原，通常需要在惰性气氛或气流中进行。

热还原所需的条件相对较为苛刻，但其还原的效果更加稳定。

化学还原和热还原的具体还原机理有所不同。

化学还原的还原过程主要是通过电子传递进行的；而热还原则是通过碳原子的异构化反应进行的。

无论是哪一种还原方法，都需要进行多次的处理才能获得较为完整的还原效果。

在实际应用中，根据具体的需求，石墨烯的还原程度也可以根据需要进行调整。

石墨烯的还原程度对其在锂离子电池中的应用具有重要的影响。

石墨烯的还原程度直接关系到其导电性和机械性能。

在锂离子电池中，石墨烯用作电极材料，如果还原不彻底，就会导致电极的导电性不足；如果还原太过彻底，则可能会导致电极的强度不足。

除了还原程度的影响，石墨烯的应用形态也对其性能具有影响。

目前，石墨烯的应用形态主要有两种，即分散状态和复合状态。

在分散状态下，石墨烯被单独分散在聚合物或者碳基材料中，这种应用形态可以提高石墨烯的导电性能和力学性能；在复合状态下，石墨烯与其他材料复合使用，这种应用形态可以实现石墨烯与其他材料的协同效应，进一步提高电极的性能。

石墨烯材料及其锂离子电池中的应用石墨烯是一种由碳原子单层排列而成的二维材料，具有很多出色的性质，如高导电性、高热导性、高拉伸强度和超薄透明性。

这使得石墨烯在很多领域中有着广泛的应用，其中之一就是锂离子电池。

锂离子电池是目前最常用的可充电电池之一，主要用于手机、电动车等便携设备中。

石墨烯在锂离子电池中的应用主要集中在负极材料和电解液增塑剂方面。

首先，石墨烯可以作为锂离子电池负极材料的添加剂。

传统的锂离子电池负极材料是石墨，但石墨烯的引入可以显著提高电池的性能。

石墨烯具有高导电性和高化学稳定性，可以增加负极材料的电子传导性和储存锂离子能力。

此外，石墨烯还可以提高电池的循环寿命和安全性能，减少电池在充放电过程中的容量衰减和短路的风险。

另外，石墨烯可以作为锂离子电池电解液的增塑剂。

锂离子电池的电解液通常使用有机溶剂，但这些有机溶剂在高温下易燃易爆，降低了电池的安全性能。

石墨烯可以作为增塑剂添加到电解液中，提高电解液的热稳定性和安全性。

此外，石墨烯还可以增加电解液的离子传导性能，提高电池的充放电速率和功率密度。

除了在锂离子电池中的应用，石墨烯还有其他很多潜在的应用领域。

例如，石墨烯可以用于超级电容器，其高电导性和大表面积有助于提高超级电容器的能量密度和充放电速率。

石墨烯还可以用于传感器领域，其高灵敏度和速度可以用于气体、湿度和压力等传感器的制备。

此外，石墨烯也可以应用于光电子学、催化和材料强化等领域。

总结起来，石墨烯在锂离子电池中的应用主要包括负极材料的添加剂和电解液的增塑剂。

石墨烯的引入可以提高电池的性能、循环寿命和安全性能。

除了锂离子电池，石墨烯还有许多其他潜在的应用领域，这使得石墨烯成为当前材料科学研究的热点之一、随着石墨烯技术的进一步发展和成熟，相信其在各个领域中的应用前景将会更加广阔。

石墨烯材料在锂离子电池中的应用【摘要】石墨烯是一种具有单层碳原子排列的二维材料，具有优异的导电性和导热性。

锂离子电池是目前广泛应用于电子产品和电动车中的能量存储设备。

石墨烯在锂离子电池中可以提高电池的性能、循环寿命和安全性。

最新研究成果表明，石墨烯可以有效提高电池的能量密度和充放电速率。

未来，石墨烯在锂离子电池中的应用仍有很大潜力，可以进一步改善电池的性能和稳定性。

石墨烯材料在锂离子电池中具有重要的应用前景，对未来电池技术的发展将产生重要影响。

.【关键词】石墨烯材料、锂离子电池、电池性能、循环寿命、安全性、研究成果、发展方向、重要性、应用前景、技术发展、影响。

1. 引言1.1 什么是石墨烯材料石墨烯是一种由碳原子单层构成的二维材料，具有独特的结构和性质。

其结构类似于蜂窝状排列的碳原子，形成了一个具有极高强度和导电性的结构。

石墨烯的厚度仅为一个原子层，因此被认为是目前已知最薄的材料之一。

由于其独特的二维结构，石墨烯表现出许多非常特殊的性质，如超高的电导率、热导率和机械强度。

石墨烯还具有很高的表面积和可调控的化学性质，使其成为研究和应用领域的热门材料。

石墨烯的发现和研究在2004年由诺贝尔奖得主安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃索洛夫领导的团队首次成功剥离出石墨烯单层，并证实了其独特性质。

自此以后，石墨烯材料在各个领域的应用研究得到了快速发展，特别是在电子学、光学、能源储存等领域展现出了广阔的应用前景。

在能源存储和转换领域，石墨烯材料的应用已经引起了越来越多的关注，特别是在锂离子电池中的应用潜力备受瞩目。

1.2 什么是锂离子电池锂离子电池是一种以锂离子作为电荷载体的可充电电池。

它是一种高效、轻便的能量存储设备，常见于我们生活中的移动设备如手机、笔记本电脑等。

锂离子电池的工作原理是通过锂离子在正极和负极之间来回移动，从而释放能量或者吸收能量。

在充电过程中，锂离子从正极向负极移动，电池储存能量；在放电过程中，锂离子从负极向正极移动，释放能量驱动设备运行。

石墨烯在锂离子电池电极材料中的应用沈文卓;郭守武【摘要】随着电子产品的普及,对锂离子电池的可逆容量、倍率充放电能力和循环稳定性提出了更高的要求.石墨烯由于其独特的电子共轭态和单一的原子层结构,具有优越的电子迁移性、大的表面积和良好的热和化学稳定性.因此,众多研究者致力于借助石墨烯的独有特性来改善锂离子电池正极和负极材料的综合电化学性能.本文对石墨烯在锂离子电池正负极材料中的应用情况以及面临的主要问题做了简要综述.%It is challenging to develop lithium ion batteries (LIBs) possessing simultaneously large reversible capacity,high rate capability,and good cycling stability.Graphene sheets,owing to the unique electronic conjugate state within the basal plane and also the single atomic layered morphology,have superior electronic mobility,large surface area,and decent thermal and chemical stability.Hence,many works have been devoted to the improvements of the cathode and anode materials with graphene.In the work,the achievements and the main problem in the area are overviewed.【期刊名称】《电子元件与材料》【年(卷),期】2017(036)009【总页数】4页(P79-82)【关键词】石墨烯;正极材料;综述;负极材料;电化学性能;锂离子电池【作者】沈文卓;郭守武【作者单位】上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O613.71与其他种类的二次电池相比，锂离子电池具有高能量密度、高电压、无记忆效应、低自放电率等优点[1-2]，在日用电子产品（如手机、手提电脑、摄像机、电玩）、电动汽车(EV/PHEV/HEV)以及储能电站等领域得到普遍应用。

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用俞会根;赵亮;盛军【摘要】介绍了石墨烯的物理化学性质,在锂离子电池中的应用及产业化的情况.石墨烯因其特殊的二维结构,具有与石墨负极不同的电化学性能.对石墨烯作为锂离子电池负极材料的电化学性能及其影响因素、制备方法、储锂机理等做了介绍.从石墨烯用于锂离子电池的两个方面材料,即负极及复合电极材料,对石墨烯电极国内外的研究状况做了介绍.与石墨负极相比,石墨烯电极具有高容量、高功率密度的优点,但也存在首周库仑效率低、充放电过程极化较大等缺点.目前石墨烯还未实现产业化,石墨烯电池的研发也多处于概念阶段.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】4页(P1155-1158)【关键词】锂离子电池;石墨烯;负极材料;石墨烯复合电极【作者】俞会根;赵亮;盛军【作者单位】北京新能源汽车股份有限公司,北京102606;北京新能源汽车股份有限公司,北京102606;北京新能源汽车股份有限公司,北京102606【正文语种】中文【中图分类】TM912.9石墨烯指单层石墨，是目前所知道的最薄的材料。

虽然科学家们从1947年开始就对石墨烯的物理性质进行了一系列的理论研究，但直到2004年，美国曼彻斯特大学Geim小组才用最简单的机械剥离法从高定向裂解石墨上剥离下了大片的石墨烯，进一步表征了石墨烯的各种性质，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯是碳原子堆积成的六边形网格平面，具有理想的二维晶体结构，C-C原子键长是0.142 nm，面密度为0.77mg/m2。

类似于石墨的电子结构，石墨烯中的碳原子也是sp2杂化，每个碳原子贡献出一个未成键电子，所以石墨烯具有良好的导电性，电导率可达106 S/m。

另外，石墨烯层有很好的韧性来适应外力，所以其结构十分稳定。

石墨烯的室温热导率约为5×103W/mK，是室温下铜的热导率的10倍多[1]，表1中列出了石墨烯、石墨、金属铜的一些物理性质。

石墨烯制备及其在新能源汽车锂离子电池负极材料中的应用田晓鸿（西安航空职业技术学院，西安710089）摘要：新能源汽车锂离子电池对于负极材料的节能环保性要求较高，而石墨烯作为新型的碳材料，因低成本、高性能而成为新型的负极材料，而针对氧化石墨法制备流程复杂、存在污染性，且制成的微米级团聚颗粒石墨烯电化学性能受限问题，文章采用机械液相剥离的规模化制备工艺，将石墨烯与石墨复合制备成石墨烯复合材料，通过实验方法测定其作为锂离子电池负极材料的电化学应用性能，结果表明与石墨复合后，可有效优化石墨烯负极材料的使用性能，更好的满足新能源汽车发展要求。

关键词：石墨烯；负极材料；电化学性质；锂离子电池中图分类号：U469.72；TM912文献标识码：A文章编号：1001-5922（2021）01-0183-04 Preparation of Graphene and Its Application as Anode Materials for Lithium Ion Batteries of New Energy VehiclesTian Xiaohong（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi'an710089，China）Abstract：New energy automobile lithium-ion battery has high requirements for energy-saving and environmental protection of anode materials.Graphene,as a new carbon material,has become a new type of anode material due to its low cost and high performance.However,in view of the complicated preparation process of the graphite oxide method,the presence of pollution,and the limited electrochemical performance of the micron-sized agglomerated particles,this paper adopts the large-scale preparation process of mechanical liquid phase exfoliation to prepare graphene and graphite composites into Graphene composite material,through the experimental method to determine its electrochemical application performance as a lithium-ion battery anode material.The results show that the per⁃formance of graphene anode material can be effectively optimized after compounding with graphite,which can bet⁃ter meet the development requirements of new energy vehicles.Key words：graphene;anode material;electrochemical properties;lithium ion battery0引言随着电动汽车技术及保有量的不断发展，为实现节能减排的目的，对锂离子电池制备及使用性能提出了更高的要求。

石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用研究进展摘要：石墨烯在新时代是十分关键的材料，其在物理和化学特性具有一定优势，能够在锂离子电池中得到良好的应用，可以显著优化锂离子电池电子传输速度以及放电循环性能等等。

因此相关人员应该重视对石墨烯复合导电剂的研究，让其作用能够充分发挥作用。

为提高石墨烯复合导电剂的应用效果，本文通过文献法和分析法对石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用进行了分析，从石墨烯特性、应用优势以及应用进展三方面展开论述，以供参考。

关键词：石墨烯复合导电剂；锂离子电池；应用引言：随着社会的不断进步，新能源汽车实现了繁荣发展。

新能源汽车不会给环境带来污染，同时也能够满足人们的出行需要，其在社会中具有至关重要的作用。

锂离子电池是新能源汽车的关键组成，具有储能的作用。

但是从目前新能源电池应用上来看，还存在一定问题，如充电慢、容量小以及能量低等等，这在很大程度上制约了新能源领域的发展。

基于此，提高锂离子电池性能变得越来越重要。

石墨烯在物理化学特性上具有一定的优势，将石墨烯复合导电剂应用在锂离正极具有显著效果，可以解决传统锂离子电池的问题。

一、石墨烯的特性石墨烯是当今时代的新材料，其具有二维结构，主要是由碳原子紧密堆积而成，简单来说就是对多层石墨的叠加。

由于其具有良好的物理化学性能使得石墨烯在众多领域都具有广阔的前景，在未来将成为重要的材料。

石墨烯的物理和化学性质如下表一所示。

表一石墨烯性质石墨烯的良好性能使其能够在锂离子中充分发挥作用，石墨烯可以作为电池正、负极的材料。

将其应用在电池正、负极中，可以显著的增加活性点位空间，从而在一定程度上提高电池的容量，延长电池的使用年限。

同时石墨烯也可以作为导电剂，促使电极之间完成互连，提高电子的传输速率。

可以说石墨烯在锂离子上有着重要应用，其是导电剂的材料未来发展的趋势。

二、石墨烯复合导电剂的应用优势石墨烯复合导电剂具有较强的应用优势，主要体现在以下几个方面：一是导电性能强。

石墨烯在锂电池中的应用墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率（15000cm2/V•s)，导电性能优越，尤其适用与制造锂电池导电添加剂、锂电池正负极复合材料等锂电池材料。

此外，石墨烯电极复合材料及导电添加剂能有效改善电极循环性能：加入石墨烯的磷酸铁锂正极复合材料，循环100周后，可逆比容量为纯LiPO4电极的1.4倍。

石墨烯在电池中的应用1.作为导电剂锂离子电池充放电是通过锂离子在正负极的脱嵌反应来实现的。

具体表现为，充电时正极锂离子脱插，负极锂离子嵌入；放电时正极锂离子嵌入，负极锂离子脱插。

在这个过程中，嵌入与脱插的锂离子越多，电池容量越大。

其充放电速度主要由锂离子在电极中的传输和脱嵌速度来决定。

所以如果电极材料中电子和锂离子传导通道越多，其充电速度就越快。

传统锂离子电池无法进行快速充电，主要受限于锂电池正负极导电性能不足，无法同电子进行充分反应，反应层集中在表面影响内部电极的反应，导致锂离子短时间内脱嵌速度不足，无法形成大电流，间接影响锂离子扩散系数，同时受限于高倍率充电下电池寿命的衰减。

而且传统电池在工作时会在电极表面形成一层固体电解质膜，阻挡了锂离子的“脚步”，进而减慢了锂离子的运输速度。

锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元和磷酸铁锂等。

石墨烯在正极材料中属于面点接触，具有优异的导电性能，可以作为其电极的导电剂，优异于作为点点接触的常规导电剂。

锂电池有个性能叫做倍率性能，用C来衡量。

假设一块锂电池的容量是3000mAh，那么1C就是用3000mA的电流给它充电，一小时充满；2C就是用6000mA的电流充电，半小时充满。

续航与电量正相关的情况下，充到支持相同续航里程的电量，倍率性能大的电池充电时间更短。

电芯在快充时，主要的技术难点为锂离子在正极的快速脱离，在电解液的传输以及在负极的嵌入，其中相对重要的是要求正负极具有良好的导电性，可以在短时间进行大规模化学反应，这样电子的扩散速度加快，增加了锂离子的脱嵌和嵌入速度。