中國粉體網(wǎng)訊 現(xiàn)有鋰離子電池的正負極材料本身具有較低的離子與電子電導(dǎo)率，這是影響和限制鋰電池充放電循環(huán)和倍率性能的主要因素。為此需要添加高效的電池導(dǎo)電劑。電池導(dǎo)電劑是電池正負極材料、電極互聯(lián)的關(guān)鍵輔助材料，對電池的充放電次數(shù)、內(nèi)阻、功率性能產(chǎn)生很大影響。
石墨烯是近年來研究較多的一種新型碳材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和倍率性能，將其應(yīng)用于鋰離子電池材料、鋰硫電池和鉛酸中，可以大幅度提高電池的電容量和大倍率充放電性能。
石墨烯的主要物理化學(xué)特性
石墨烯在鋰離子動力電池中的應(yīng)用
石墨烯因獨特的二維平面結(jié)構(gòu)，以及本身具有優(yōu)良的物理、化學(xué)、機械、電化學(xué)等性能，可以為電極正負極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導(dǎo)電接觸位點，并且石墨烯材料為自然界已知導(dǎo)電率最高的材料。相比于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑（乙炔黑與炭黑等），石墨烯作為鋰電池導(dǎo)電添加劑能更有效地降低正負極材料顆粒間的接觸阻抗并提升整體電極的導(dǎo)電性能，因此石墨烯成為新型導(dǎo)電添加劑的研究熱點。
石墨烯在鉛酸電池中的應(yīng)用
石墨烯在鉛酸蓄電池領(lǐng)域的應(yīng)用屬于深入研究及嘗試應(yīng)用階段。近年來通過把石墨烯加入到鉛酸電池負極，對鉛酸電池性能的影響研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯少量的加入能夠顯著提高鉛酸電池負極的導(dǎo)電性，很好的限制硫酸鉛晶體顆粒在電極表面的自生長，這有利于電極表面易溶解小顆粒硫酸鉛物質(zhì)的形成；在有石墨烯導(dǎo)電劑存在的情況下，鉛酸電池在高倍率放電狀態(tài)下，可以促進硫酸溶液更容易、更快速且更深地滲透到鉛負極活性物質(zhì)中，從而提高鉛酸電池在高倍率狀態(tài)下的循環(huán)次數(shù)和放電深度逐漸增多和不斷深入。
有研究表明，在鉛酸電池電極材料中加入石墨烯粉體或漿料能夠明顯地提高鉛酸電池的充放電接受能力、充放電速度及次數(shù)，石墨烯導(dǎo)電劑可以有效地抑制負極硫酸鉛晶體在電極表面的生長，進而提高鉛酸電池的循環(huán)壽命和次數(shù)等，利用石墨烯制作的石墨烯膜可以代替鉛酸電池中的電解液來提高電池的初始容量和效率，已經(jīng)有相關(guān)研究證實了這一點。
石墨烯導(dǎo)電劑在鋰硫電池中的應(yīng)用
目前石墨烯導(dǎo)電劑是鋰離子電池導(dǎo)電劑的主流方向。最早使用石墨烯材料用于鋰硫電池體系中，并同時發(fā)揮石墨烯導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)作用的報道為：將硫電極材料和利用氧化還原法制備的石墨烯共同進行熱化學(xué)反應(yīng)處理復(fù)合，進而獲得三維的石墨烯/硫復(fù)合電極材料。而后有大批的研究者利用不同的石墨烯材料與不同的硫復(fù)合，做了大量的材料合成和研究工作探索。根據(jù)研究實驗使用的石墨烯材料種類和性能的不同，可簡單分為物理機械剝離石墨烯/硫復(fù)合材料、氧化石墨烯/硫復(fù)合材料與經(jīng)過化學(xué)還原處理的石墨烯/硫復(fù)合材料等3大類，后續(xù)隨著研究深入，還會有新的材料體系涌現(xiàn)。
不同種類導(dǎo)電劑對比
導(dǎo)電劑的性能很大程度上取決于材料的結(jié)構(gòu)和其與活性物質(zhì)接觸的方式。炭黑的結(jié)構(gòu)性是以炭黑粒子間聚成鏈狀或葡萄狀的程度來表示的，顆粒細、網(wǎng)狀鏈堆積緊密、比表面積大、單位質(zhì)量顆粒多，有利于在電極中形成鏈式導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
作為傳統(tǒng)導(dǎo)電劑的代表，炭黑是目前使用最為廣泛的導(dǎo)電劑。
碳納米管具有特殊的一維纖維狀結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度高，有著較高的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和機械強度，一直以來受到各國研究者的關(guān)注。目前電池工業(yè)用導(dǎo)電炭黑的電導(dǎo)率為0.2~0.5S/cm，由于碳納米管在管壁間存在著離域大π鍵，因此碳納米管的軸向?qū)щ娦赃h遠高于炭黑。
石墨烯作為一種新型的二維柔性平面炭材料，有著優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這種結(jié)構(gòu)使得石墨烯片層可以附著在活性物質(zhì)顆粒上，為電極正負極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導(dǎo)電接觸位點，使電子能夠在二維空間內(nèi)傳導(dǎo)，構(gòu)成一個大面積的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，所以也被看作當(dāng)前理想的導(dǎo)電劑。
石墨烯導(dǎo)電劑相對于傳統(tǒng)導(dǎo)電劑有著極其優(yōu)異的性能，可顯著提升電極內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)速度，提升高倍率充放電性能，可以明顯改善鋰離子電池的性能，隨著新能源汽車的發(fā)展，這必將會成為今后一個非常有前景的發(fā)展方向。
參考來源：
李琰.淺述石墨烯導(dǎo)電劑在電池領(lǐng)域中的應(yīng)用
劉玲玲.石墨烯在鋰離子電池中的應(yīng)用
李春曉.石墨烯導(dǎo)電劑在電池領(lǐng)域中的應(yīng)用
劉宗哲.石墨烯導(dǎo)電劑的研究和展望
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）
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