石墨烯材料在锂电池中的应用与前景

为了解决这些主要问题,近年来,对于石墨烯电极材料性能的优化研究主要集中于以下几个方向:

　　①提高电池的可逆比容量,提升电池的充放电性能,延长电池寿命;

　　②提高电极材料的电子传递速率和脱嵌锂离子速率,提高锂离子电池倍率性能,实现快速充电;

　　③拓展新型纳米材料的实际应用,充分发挥不同纳米材料的综合优势;

　　④开发可变形性强的电池材料,提升电池的环境适应能力,增强石墨烯电极材料在柔性电池方面的应用;

　　⑤开发优化新型生产工艺,降低石墨烯电极材料生产成本,实现电池的大批量商业化生产;

　　⑥积极寻找化学性质稳定、绿色环保无污染的复合材料,实现电池环境友好,减少电极材料可能造成的安全隐患和污染。

元素可用于锂离子电池形成充电比容量极高的Li4.4Si,其放电电压稳定、自然储量丰富的特点使其拥有极大的发展前景;但其在充放电过程中的体积变化严重,导致电池的循环效率较低。若用纳米碳材料对Li4.4Si材料进行适当的包裹,则可减缓这种体积效应带来的影响。Yushin等利用CVD法将Si膜形成在石墨烯材料的表面,并用丙烯在高温条件下进行了碳包覆以增强其导电性,制得了一种Si/(G+C)复合材料,有效地实现了对锂-硅材料充放电过程中体积效应的改善,增强了电池循环性能。但是这类材料的制备成本较高，材料也具有易燃的性质，在安全方面具有一定的问题，但可以看作是石墨烯复合材料改善原材料缺陷的典例之一。

石墨烯作为一种新型纳米材料，以其特殊的二维单层延伸碳结构、出色的导电性、导热性、韧性及强度等优异性能，在功能材料、能源等多个领域有着广泛的应用前景。其中石墨烯在锂离子电池电极材料的优化改进方面受到了人们的重视，将石墨烯材料用作电极材料或与其他材料的复合能够在一定程度上发挥优势，对电池性能的提升有一定的效果。

石墨烯材料具有出色的导热性,其单层材料理论室温热传导率可达3000-5000W/(m*K),这一性质可用于研究电池工作时的热量耗散问题。其力学性质优异,是一种韧性和强度极好的材料,可用于开发研究柔性电极材料。此外,石墨烯的高比表面积和高透光度也具有很高的研究价值。