石墨烯导电剂在电池领域的应用

一、石墨烯导电剂在电池中的应用

电池导电剂是电池正负极材料、电极互联的关键辅助材料，对电池的充放电次数、内阻、功率性能产生很大影响。石墨烯是近年来研究较多的一种新型碳材料，具有优异的导电性能和倍率性能，将其应用于锂离子电池材料、锂硫电池和铅酸中，可以大幅度提高电池的电容量和大倍率充放电性能。

1.石墨烯在锂离子动力电池中的应用

在目前现有的锂离子电池体系中，电池使用的正负极材料本身具有的较低离子与电子电导率，这是影响和限制锂电池充放电循环和倍率性能的主要因素。正负极材料本身过高的电阻值会引起电极极片的极化，这直接导致锂电池电极材料利用率的迅速降低和锂电池循环性能的迅速衰减。

为了能够建立高效的电池正负极材料导电网络和结构，需要添加高效的电池材料导电剂，并且对电极材料导电剂的形态、性能和添加量要求较高，需要有合适的匹配关系。其中导电剂本身并不具有提供嵌脱锂容量的特性，这导致整个锂电池体系的比能量与比功率能力发生小幅的降低。

因此需要迫切的开发可以提供高效导电网络的新型电池导电添加剂材料，这种新型导电剂材料在降低所需添加量的同时，还能大幅提高正负极电极的导电能力，进而降低电池成本，并且可以改善锂电池的倍率与充放电循环性能。

2.石墨烯导电剂在锂硫电池中的应用

锂硫（Li-S）电池具有非常高的理论储能密度，达到了2600Wh/kg，这是目前最先进的锂离子电池的5～10倍，有望大量用于未来能量存储系统和装置。

目前石墨烯导电剂是锂电池导电剂的主流方向。用不同方法制备的石墨烯材料在锂硫电池体系中用作导电支撑骨架结构时能够发挥出不同的效果。

石墨烯类材料本身具有独特的物理机械性能，还可为硫活性物质在脱嵌锂过程中产生的巨大体积变化提供丰富的三维缓冲空间，石墨烯导电剂这些特性进而有效提高锂硫电池的循环安全性,倍率性能以及循环寿命。

3.石墨烯在铅酸电池中的应用

铅酸蓄电池是发展历史最为悠久的二次电池，是世界上第一个商业化应用的可再充电池。

目前也有大量使用和生产铅酸蓄电池。铅酸蓄电池的电极主要由铅及其氧化物材料制成，电解液为硫酸溶液。在电池放电状态下，正极材料主要成分为二氧化铅，负极材料主要成分为铅；在电池充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。

铅酸电池结构示意图

石墨烯在铅酸蓄电池领域的应用属于深入研究及尝试应用阶段，已经有大批的科研工作者和企业的研发团队介入到这一领域，已经有阶段性的成果和突破。石墨烯对铅酸电池性能的影响不可忽视，已经成为铅酸电池方向研究的新热点之一。