石墨烯概念的興起是人類邁向環(huán)保生活的一個(gè)結(jié)晶，鋰電池是一個(gè)環(huán)保產(chǎn)品，因?yàn)樗鼪]有以往電池產(chǎn)品中普遍存在的重金屬污染，隨著從電子產(chǎn)品過渡到新能源汽車動(dòng)力電池及大型儲(chǔ)能電池應(yīng)用，需要把鋰電池做成更大個(gè)體，伴隨而來(lái)的技術(shù)問題也就產(chǎn)生了。

電池行業(yè)的從業(yè)人員都知道，現(xiàn)有鋰電池的命名全部都是因應(yīng)于構(gòu)成它的正極材料，而碳基負(fù)極是被默許為沒有改變的。因?yàn)殇囯姵氐膬?chǔ)電量提升了，為了方便應(yīng)用，就需要盡量壓縮體積，提高相應(yīng)的充電效率。以往，落實(shí)這些措施都從正極上著手，但到目前為止很難再有大的突破了。于是，從負(fù)極材料著手進(jìn)行改善的思路自然而然地出現(xiàn)了。根據(jù)一般的思維規(guī)律，新事物取代舊事物最初都是從“可替代性”開始的，是改良性質(zhì)的，石墨烯源于碳物質(zhì)，而碳基物質(zhì)（對(duì)于鋰電池可以更簡(jiǎn)捷地說(shuō)：石墨）正是目前鋰電池的負(fù)極材料基礎(chǔ)。從這個(gè)意義上說(shuō)，現(xiàn)在的石墨烯電池概念也是技術(shù)改良而不是技術(shù)革命性質(zhì)的，主要是爭(zhēng)取比原來(lái)的負(fù)極材料有相應(yīng)性能的數(shù)量級(jí)提升，并非功能上質(zhì)的變動(dòng)。

不過，在石墨烯如何應(yīng)用于鋰離子動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池的研究過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯因?yàn)槠涮厥獾奈锢斫Y(jié)構(gòu)還可以在這類電池中發(fā)揮其他技術(shù)功能，從而改善電池化學(xué)性能，統(tǒng)而言之，石墨烯應(yīng)用于鋰電池的途徑按照技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性由小到大的順序，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：1.充當(dāng)電池負(fù)極；2.充當(dāng)電池正極輔料；3.形成復(fù)合材料負(fù)極；4.作為電池導(dǎo)電劑。

一、作負(fù)極。北京化工大學(xué)的一項(xiàng)試驗(yàn)通過恒流充放電、循環(huán)伏安法和交流阻抗等手段研究了石墨烯用作鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能，結(jié)果表明，石墨烯負(fù)極材料有優(yōu)異的倍率功能，具體表現(xiàn)為：在0.2mA/c㎡的電流密度下石墨烯首次可逆比容量為1005mAh/g,經(jīng)過30個(gè)循環(huán)后放電比容量保持在609mAh/g，優(yōu)異的倍率功能意味著石墨烯負(fù)極電池可以用于需要瞬間電流比較大的環(huán)境，這對(duì)低溫電池等特種電池產(chǎn)品增強(qiáng)了適用性。

但是，該試驗(yàn)及其后來(lái)的其他試驗(yàn)也表明，純石墨烯存在著首次循環(huán)庫(kù)侖效率極低、充放電平臺(tái)過高、電位滯后和循環(huán)穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)，這些都是屬于高比表面無(wú)序碳材料的基本電化學(xué)特征。石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)也易造成電池極化嚴(yán)重，綜合其電化學(xué)表現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，目前的純石墨烯物質(zhì)不具備直接用作鋰離子電池負(fù)極的可能性。

二、作正極材料的輔料。其優(yōu)點(diǎn)和直接用于電池負(fù)極類似，也是有利于改善倍率和低溫性能，只不過在方式上是作為輔料添加到正極材料中。試驗(yàn)表明，從國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池兩大主流技術(shù)——磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池來(lái)看，石墨烯包覆磷酸鐵鋰只能微弱提高充電性能，使充電時(shí)間略為減少，而石墨烯包覆三元材料會(huì)使材料性能下降，反而是氧化石墨烯性能會(huì)有所改善。由于石墨烯本身的昂貴，將這一技術(shù)市場(chǎng)化的時(shí)候，需要考慮成本與效果之間的平衡。

三、石墨烯復(fù)合材料。可以與硅基/錫基和過渡金屬化合物形成復(fù)合材料，這兩類非碳基負(fù)極材料優(yōu)缺點(diǎn)明顯：一方面具有高理論容量的優(yōu)勢(shì)，另一方面存在著在嵌鋰/脫鋰過程中體積膨脹收縮變化明顯的缺點(diǎn)。而石墨烯摻雜改性后的復(fù)合材料能有效改善這兩種材料單獨(dú)使用時(shí)的缺點(diǎn)，石墨烯的納米間隙既可以抑制其膨脹收縮時(shí)的碎裂可能性，也可緩解團(tuán)聚現(xiàn)象（因疊壓和聚攏使鋰離子活動(dòng)空間變小）提高鋰電池的儲(chǔ)能空間，這對(duì)在既定體積下提高電池容量水平有幫助。

從技術(shù)層面上來(lái)看，石墨烯復(fù)合材料是一種可調(diào)整參數(shù)的構(gòu)件，因此可以針對(duì)強(qiáng)調(diào)點(diǎn)不同的應(yīng)用，但也正因?yàn)槿绱嗽黾恿怂墓に噺?fù)雜程度。一方面它要在趨利的同時(shí)避害，另一方面要保證投入量產(chǎn)后的一致性，則設(shè)備/原材料投入、工藝設(shè)計(jì)與流程實(shí)現(xiàn)需要大量的前期資金，而且這種資金投入后的效果還要為市場(chǎng)認(rèn)可。目前，大多數(shù)的石墨烯制備企業(yè)也是圍繞著這個(gè)應(yīng)用方向展開的，之所以產(chǎn)業(yè)化還明顯不足，其中的困難就在于此。

四、作電池導(dǎo)電劑。石墨烯導(dǎo)電性優(yōu)良，其電子運(yùn)行速度達(dá)到光速的1/300，以石墨烯作鋰電池的導(dǎo)電劑，能夠?qū)㈦娦緝?nèi)阻減至最小，有效突破鋰電池產(chǎn)品快速充電的技術(shù)瓶頸。相關(guān)試驗(yàn)表明，它能提高材料的循環(huán)性能從而提高電池壽命；雖然也能提高電池的高倍率性能，但這方面的表現(xiàn)并不明顯。其不利的一面是：電池快充的安全性問題始終存在。好在這種快充是可以通過調(diào)整導(dǎo)電劑的劑量以及它與電解液的結(jié)合方式來(lái)進(jìn)行改善的，因此，這是一個(gè)最沒有爭(zhēng)議的應(yīng)用。

石墨烯成為鋰電池改性的首選考慮與它能夠在鋰電池主要部件和輔件起作用有重大關(guān)系，因?yàn)檫@種應(yīng)用的全面性人們甚至發(fā)明了“石墨烯電池”這一概念。不管怎么說(shuō)，在鋰電池大型應(yīng)用的趨勢(shì)下，石墨烯的出現(xiàn)改變了人們從正極材料方面著手的局限性，使鋰電池通過改良性能而拓展了自己的應(yīng)用廣度和深度，這對(duì)于我國(guó)和全球環(huán)保能源事業(yè)的發(fā)展有積極作用。