石墨烯因其高導(dǎo)電、導(dǎo)熱效應(yīng)等而備受儲(chǔ)能領(lǐng)域的關(guān)注，其復(fù)合材料用作鋰離子電池負(fù)極材料是顯著提升了鋰離子電池的電化學(xué)性能。

眾所周知，電池的能量密度和壽命是兩個(gè)最重要的評價(jià)指標(biāo)，而鋰離子電池又是當(dāng)今能量密度最高的二次電池。但作為動(dòng)力鋰電池的工程需求，它要一個(gè)較大的能量密度提升過程，這就給了某些投機(jī)者的鉆營空間，還起了個(gè)好聽的名字石墨烯鋰離子電池。目前成熟鋰離子電池制造重要是采用石墨作為負(fù)極材料。

石墨烯負(fù)極材料

石墨烯由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電子傳輸能力以及超大的比表面積等優(yōu)勢極有潛力替代石墨成為新一代鋰離子電池負(fù)極材料。石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)制與其他碳材料相似，充電時(shí)鋰離子從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時(shí)鋰離子脫出返回正極。

因此較之石墨，以石墨烯為負(fù)極更加有利于提高電池性能。從石墨烯電池的概念提出以來，很多學(xué)術(shù)研究成果表明石墨烯鋰離子電池可逆容量可達(dá)500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。

石墨烯負(fù)極材料在鋰離子電池中的用途

與傳統(tǒng)鋰離子電池負(fù)極材料相比較，石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，可有效提高相應(yīng)電池的比容量，增強(qiáng)電極和電解液之間的導(dǎo)電接觸，改善其充/放電倍率性能。同時(shí)，石墨烯柔韌的單原子層二維結(jié)構(gòu)也可有效抑制電極材料在充放電過程中發(fā)生體積變化引起的材料膨脹、粉化等，從而提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，通過化學(xué)氧化插層剝離再還原法合成的化學(xué)還原石墨烯表面含有特定的含氧化學(xué)基團(tuán)，如羧基、羥基和環(huán)氧基等，可為其結(jié)構(gòu)和表面功能改性以及與其他材料的復(fù)合供應(yīng)豐富的反應(yīng)和鍵合位點(diǎn)，也為三維超結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和合成供應(yīng)多種可能的途徑。

由于石墨烯片之間較強(qiáng)的π-π疊合用途，石墨烯可團(tuán)聚形成類似于石墨的層狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響鋰離子的嵌脫。這也證明純石墨烯并非是一種理想的鋰離子電池電極材料。

因此，近兩年來石墨烯基納米復(fù)合材料，如石墨烯/碳納米管、石墨烯/碳60(C60)、石墨烯/無機(jī)納米粒子等復(fù)合材料被廣泛地應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料研究。通過納米粒子與石墨烯之間的有效復(fù)合，可有效阻止石墨烯片之間的疊合/團(tuán)聚，有利于鋰離子的嵌脫。

石墨烯負(fù)極材料在鋰離子電池中的發(fā)展

1.國際石墨烯發(fā)展現(xiàn)狀。目前國際上從事石墨烯產(chǎn)業(yè)研究的國家包括英國、美國、歐盟、韓國和日本等，各國發(fā)展?fàn)顩r不同。

英國：作為石墨烯的誕生地，英國在石墨烯的基礎(chǔ)研發(fā)方面居于全球領(lǐng)先地位，但從事商業(yè)開發(fā)的石墨烯公司較少，因此在石墨烯應(yīng)用方面并非其強(qiáng)項(xiàng)。

美國：美國對石墨烯的研究投入較早，石墨烯產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用進(jìn)程相對較快，其產(chǎn)業(yè)布局也呈現(xiàn)多元化，產(chǎn)業(yè)鏈相比較較完整。

歐盟：歐盟的石墨烯研究起步早且系統(tǒng)性強(qiáng)，并將石墨烯研究提升至戰(zhàn)略高度，資金支持力度大，基礎(chǔ)研究扎實(shí)。

韓國：韓國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合緊密，在基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化方面發(fā)展較為均衡，整體發(fā)展速度較快。

日本：日本依托其良好的碳材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，是全球最先進(jìn)行石墨烯研究的國家之一，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合較為緊密，整體發(fā)展較為全面。

2.國內(nèi)石墨烯發(fā)展現(xiàn)狀。從專利數(shù)量上來看，我國國內(nèi)石墨烯領(lǐng)域?qū)＠暾埩恐匾性陂L三角地區(qū)，其中江蘇的申請量居于首位(4102件)，廣東(2537件)和北京(2333件)次之，而東北和西部地區(qū)的專利申請量較低。從產(chǎn)業(yè)集聚度來看，國內(nèi)目前的石墨烯公司大多分布在東部沿海一帶，尤其是長三角、珠三角、京津冀魯聚合區(qū)。