石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用研究进展

徐丽君

青岛国轩电池有限公司 266603

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

石墨烯性质	物理性质	力学特性：韧性强、强调高、可弯曲。
		电子效应：载流子迁移速度快，不受温度影响。
		热性能：热传导性强。
		光学特性：光学性能优异。
		溶解性：超亲油性与超疏水性。
		熔点：熔点高，高达5000k。
	化学特性	生物相溶性：生物反应活性高。
		氧化性：能够与活泼金属发生反应。
		还原性：在空气中容易氧化。
		稳定性：结构稳定，内部难以受到外界影响。
		加成反应：具有双键，可以实现加成。

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。石墨烯复合导电剂可以在一定程度上提高电子迁移速度，在电池倍率优化上具有积极作用。二是比表面积较高。石墨烯复合导电剂能够具有较多空隙，可以进行电解液的存储，进而使得电解液能够得到有效浸润，促使锂离子电池的充放电速度得到提升。三是力学特性优良。石墨烯材料的可弯曲性较强，使得锂离子电池中的极片能够进行弯折。四是导热性强。其具有良好导热性，使得其能够显著增加锂离子电池的热阻抗，促使其热稳定性不断提升。五是原子利用率较高。石墨烯可以实现原子的充分利用，这就在很大程度上降低了导电剂的使用量，可以节约成本[1]。

三、石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用进展

石墨烯材料在新能源电池中具有良好应用。在导电剂上就有较强的特性。纯石墨烯成为锂离子电池的导电剂。在一般情形下，想要锂离子电池充分发挥作用，就应该注重对导电剂的研究。导电剂的优势主要体现在以下几个方面：一是理论比容量高，二是具有良好的循环性能。石墨烯充当导电剂能够促进电子迁移速度的提高，让正极材料的作用能够充分发挥。但是由于其结构是平面的，容易导致位阻效应，从而降低电子传输速率，因此必须对石墨烯复合导电剂进行研究，以此来提高锂离子电池的性能。很多学者在石墨烯复合材料导电剂的应用上投入了大量的研究，具体如下：

（一）石墨烯/炭黑复合导电剂

石墨烯和炭黑进行复配，形成的复合导电剂具有优异的性能。这种复合导电剂可以使原本的炭黑结构上包裹二维石墨片层。在形成的片层中存在一定的间隙，炭黑就填充在这些间隙中，从而实现协同传导。在二者的复合之下，原本的石墨烯的二维点位传导，就变成了三维点面传导，能够显著地提高传导的效率。此外该复合导电剂的应用还可以有效的改善石墨烯团聚的情况，大大增强了结构的稳定性。我国学者在石墨烯/炭黑复合导电剂上有着深入的研究，学者李用等曾经不断进行该复合导电剂制备实验。其在将5%的CTAB阳离子去污剂加入到了石墨烯和炭黑的基体中，然后进行高温烧结，从而制备出了石墨烯/炭黑复合导电剂，大大提高了锂离子电池的性能，增加了电池的容量[2]。在这种复合导电剂中，炭黑附着在石墨烯的孔洞处，能够在很大程度上提高导电率。除此之外，炭黑还有一个重要作用，其可以对电解液进行高效吸附，可以大大提高锂离子的传输速度，增强锂离子电池的倍率。

（二）石墨烯/碳纳米管复合导电剂

石墨烯和碳纳米管也可以进行复配，同样可以提高锂离子电池的性能。碳纳米管是一种管状材料，其是碳原子按照一定的顺序在一维空间上排列而成。这种碳纳米管和石墨烯材料进行融合，能够在石墨烯的片层中实现有效支撑，在一定程度上拓展了电子的传输通道。对于石墨烯而言，其具有比表面积高的特点，因而其存在较多的空隙，这种结构可以促进碳纳米管的吸附，不仅可以显著地提高存储性能，同时也扩大了接触面积，增加了接触点位，为电子传导速度的提升带来积极作用。将这种复合导电剂结构使用于锂离子电池中时，由于其所产生的点位结构具备了三维网状特性，使纳米碳管可以在石墨烯的片层中进行相互支撑，给电子提供了更多的传输通道，能够显著提高锂离子电池的性能。Wang 等学者对石墨烯/碳纳米管复合导电剂进行了研究和制备，在很大程度上增强了结构的稳定性

[3]。此外，高春雪等学者将该种导电剂进行了锂离子电池负极材料制作，有效的避免了石墨烯的团聚，显著增强了电池的电化学性。

（三）三元石墨烯复合导电剂

复合导电剂有三种，它们各具优势。首先是零维导电剂，其能够实现均匀附着，能够在很大程度上促进活性物质表现的电子运输，同时可以形成特定的锂离子通道。其次是一维导电剂，其具有较高的比表面积，长径比也很大，可以实现在活性物质表现的搭接，进而形成电子传输路径。最后是二维导电剂，其最大的优势是可以形成导电网。三元石墨烯复合导电剂是对零维、一维以及二维导电剂的融合复配[4]。可以让三种不同导电剂的优势充分发挥，不仅显著增强了导电性能，同时也在一定程度上降低了成本。很多学者对此进行研究，何湘柱等学者将这种复合导电剂与炭黑、碳纳米管导电剂进行了对比分析，发现三元石墨烯复合导电剂应用在锂离子电池正极材料中，能够使得导电剂的分布更加均匀，可以构建完整的导电网络，无论是在锂离子电池的循环性能上，还是倍率上均具有良好的表现。

结束语：综上所述，石墨烯是当今时代的重要材料，其在锂离子电池上有着重要的作用，可以在很大程度上提高锂离子电池的性能。石墨烯具有广阔的情景，其可以作为电池的导电剂。纯石墨烯导电剂具有一定的弊端，需要对其复合导电剂进行深入研究。

参考文献：

[1]韩宏伟.石墨烯在锂离子电池领域研究现状的分析[J].青海科技,2022,29(05):79-85.

[2]于永波.石墨烯材料在锂离子电池中的研究进展[J].山西冶金,2022,45(04):43-45.

[3]官亦标,沈进冉,李康乐,管赵如鑫,周淑琴,郭翠静,徐斌.石墨烯导电添加剂在锂离子电池正极中的应用[J].储能科学与技术,2020,9(01):70-81.

[4]文芳,杨波,黄国家,张双红.石墨烯复合导电剂在锂离子电池中的应用研究进展[J].电子元件与材料,2019,38(05):6-13.