文 芳，彭小坡，李 爽，郭華超，黃國(guó)家

(1．廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院 國(guó)家石墨烯產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣東 廣州 510663) (2．廣州海關(guān)技術(shù)中心，廣東 廣州 510623)

1 前 言

鋰離子電池作為儲(chǔ)能器件，具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)[1]，在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動(dòng)交通工具以及儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域有著普遍應(yīng)用。為了滿足汽車產(chǎn)業(yè)快速轉(zhuǎn)型升級(jí)要求和儲(chǔ)能裝置對(duì)高能量密度、高功率密度的迫切需求，進(jìn)一步提升鋰離子電池及其關(guān)鍵材料的容量、功率及安全性至關(guān)重要[2-5]。

目前，LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4和Li(NixMnyCo1-x-y)O2是最常用的鋰離子電池正極材料[6, 7]，但是這些材料本身的導(dǎo)電性差，使得電極的內(nèi)阻較大，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)、倍率及安全等性能。此外，鋰離子電池負(fù)極材料中石墨、硅碳、硬碳等在充放電循環(huán)過程中會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)膨脹和收縮[8]，導(dǎo)致電活性物質(zhì)之間的不良接觸[9]，容易引起電化學(xué)極化。因此，需要添加導(dǎo)電劑用于加速電極材料界面間的電子傳導(dǎo)，降低接觸電阻和極化現(xiàn)象。碳系材料具有輕質(zhì)、高導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是目前應(yīng)用最為廣泛的一類導(dǎo)電劑[10, 11]。碳系材料中導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑等傳統(tǒng)導(dǎo)電劑已經(jīng)無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，因此研究和發(fā)展新型導(dǎo)電劑勢(shì)在必行。

石墨烯作為一種新型二維(2D)層狀結(jié)構(gòu)的碳材料，具有良好的電子導(dǎo)電性，碳原子在電子轉(zhuǎn)移中利用率高，同時(shí)具有高柔韌性，使其能與活性材料良好地接觸[12]。石墨烯在鋰離子電池電極中能夠形成高效、穩(wěn)定且低滲流閾值的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，少量石墨烯就能夠極大地改善電池的電化學(xué)性能，因此被認(rèn)為是理想的鋰離子電池導(dǎo)電劑[13]，被廣泛研究并應(yīng)用于鋰離子電池。

2 石墨烯的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

目前，石墨烯的制備方法非常多，大致可分為2類：“自下而上”和“自上而下”的方法?！白韵露稀狈ㄊ抢锰嫉脑踊蚍肿优帕衼順?gòu)建納米級(jí)材料，從而生產(chǎn)出石墨烯片，如熱解法、外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法等；“自上而下”法是通過剝離或分離高度有序熱解石墨或其衍生物來制備石墨烯片[21]，如機(jī)械剝離法、化學(xué)剝離法、氧化還原法等。其中化學(xué)剝離法成本低廉、實(shí)驗(yàn)要求低、可大規(guī)模制備，因此儲(chǔ)能材料研究用的石墨烯材料大多采用此方法制備[22, 23]。

圖1 石墨烯基材料的結(jié)構(gòu)[19]：原始石墨烯(純排列的碳原子)與sp2雜化的碳原子(a)；化學(xué)修飾的石墨烯，包括氧化石墨烯(GO)(b)，化學(xué)修飾的還原氧化石墨烯(rGO)(c)，石墨烯量子點(diǎn)(GQD) (d)Fig.1 Structures of graphene-based materials[19]: the pristine graphene (pure-arranged carbon atoms) with sp2-hybridized carbon atoms (a); the chemically modied graphene, including GO (b), rGO (c) and GQD (d)

3 石墨烯導(dǎo)電劑的分散方法

良好的分散性是實(shí)現(xiàn)石墨烯優(yōu)異物理化學(xué)特性的基本前提。石墨烯作為導(dǎo)電劑，通常只有最外層與活性物質(zhì)接觸的片層才能起到有效的導(dǎo)電作用，因此，提高石墨烯的分散性對(duì)提高導(dǎo)電劑的導(dǎo)電效率、減少導(dǎo)電劑用量和提升電池容量極為重要[24]。然而，石墨烯理論比表面積高達(dá)2630 m2/g[25]，片層間存在非常強(qiáng)的范德華力以及π-π鍵作用力，導(dǎo)致其表面活性低，極易發(fā)生團(tuán)聚，嚴(yán)重制約了其在鋰離子電池中的實(shí)際應(yīng)用。此外，在制備正極漿料過程中，一定量粘結(jié)劑的加入會(huì)增加導(dǎo)電劑顆粒與活性物顆粒之間、導(dǎo)電劑內(nèi)部顆粒之間以及活性物內(nèi)部顆粒之間的粘附力，使?jié){料的整體粘度變大，加劇了石墨烯的二次團(tuán)聚，因此，眾多科研工作者針對(duì)石墨烯導(dǎo)電劑的分散方法和分散工藝開展了大量研究。本文從提升石墨烯的浸潤(rùn)性、協(xié)同分散以及防止二次團(tuán)聚等方面，將石墨烯分散方法分為化學(xué)改性法、原位還原法、復(fù)合導(dǎo)電劑法、引入分散劑法以及其它方法，并進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

3.1 化學(xué)改性法

化學(xué)改性法是采用共價(jià)鍵結(jié)合以及元素?fù)诫s的辦法對(duì)石墨烯表面的缺陷或者基團(tuán)進(jìn)行修飾，其中共價(jià)鍵結(jié)合改性是指石墨烯或GO表面的活性雙鍵或其表面含氧基團(tuán)與引入的基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成共價(jià)鍵，包括碳骨架功能化，官能團(tuán)羥基、羧基和環(huán)氧基的功能化；元素?fù)诫s是指非金屬元素取代石墨烯上碳原子的位置，形成電子轉(zhuǎn)移或電子空穴，摻雜的元素包括B，N，F(xiàn)，P和S等[26, 27]?；瘜W(xué)改性法能夠表現(xiàn)出修飾基團(tuán)的反應(yīng)活性，并賦予石墨烯更好的浸潤(rùn)性、表面活性以及分散性，使其更易分散在介質(zhì)中。但是，化學(xué)改性法大都會(huì)破壞石墨烯的本征結(jié)構(gòu)，改變石墨烯自身特有的化學(xué)和物理性質(zhì)，需要綜合考慮是否采用該方法。

完整的高導(dǎo)電性石墨烯的比表面積高，但存在成本高、分散難、影響鋰離子在電池中傳輸?shù)膯栴}，研究表明，其高電導(dǎo)率并不總是與鋰離子電池的性能直接相關(guān)[28, 29]。Wu等[30]將GO和尿素分散在超純水中，利用抗壞血酸部分還原GO后與石墨混合進(jìn)行水熱處理，然后在Ar/H2中燒結(jié)，得到氮摻雜石墨烯/石墨復(fù)合材料(N-doped G/C)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，石墨顆粒均分散在三維石墨烯骨架中，石墨烯作為導(dǎo)電劑連接石墨顆粒并形成大量孔洞，極大地提高了電極材料的導(dǎo)電性、電解質(zhì)的輸運(yùn)和電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。石墨烯骨架還可作為鋰離子電池負(fù)極的膨脹劑，以緩解高放電倍率下產(chǎn)生的大應(yīng)變，結(jié)果顯示，N-doped G/C具有高比容量、優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

Yu等[31]利用GO片表面的羥基(包括酚羥基)和羧基在水中電離，使GO表面帶負(fù)電荷，與帶正電的Li+通過靜電作用力相結(jié)合，再加入鈦酸四丁酯與GO上帶負(fù)電的基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，通過GO表面形成的均一Li4Ti5O12(LTO)納米前驅(qū)體來實(shí)現(xiàn)對(duì)GO的分散，經(jīng)過噴霧干燥和高溫煅燒，GO卷曲成多孔微球形成三維石墨烯導(dǎo)電骨架，從而獲得大量的電解質(zhì)滲透和離子擴(kuò)散通道(圖2)，LTO/rGO復(fù)合材料贗電容容量的比值顯著增加，并具有超高倍率性能：200C時(shí)可逆比容量為70.3 mAh/g，50C循環(huán)1000次后的比容量保持率為84.7%。

圖2 LTO/rGO微球復(fù)合材料的合成過程[31]Fig.2 The synthetic process of LTO/rGO microsphere composite[31]

3.2 原位還原法

GO因表面存在羥基、羧基、羰基以及環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，故相較于石墨烯來說成本低且親溶劑性良好，分散性較石墨烯要好很多。但由于存在缺陷，GO的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及力學(xué)性能等大部分特性相比石墨烯大大降低。綜合考慮石墨烯和GO的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)利用GO與電極活性材料組裝成復(fù)合材料，再將GO進(jìn)行原位還原，形成均勻、牢固的復(fù)合電極材料，既能克服石墨烯團(tuán)聚、提高石墨烯在電極中的分散性，又可以利用石墨烯導(dǎo)電劑的高電導(dǎo)率來改善電極材料的性能。

直接將活性材料與GO相結(jié)合再還原，是構(gòu)建穩(wěn)定有效的電子通路、提升長(zhǎng)循環(huán)性能的有效辦法[32]，Zhao等[33]采用原位法使納米尺寸的Li1.26Fe0.22Mn0.52O2(LFMO)材料結(jié)合不同含量的GO，經(jīng)過高溫?zé)徇€原得到了一種新型富鋰正極材料(GO-LFMO)。設(shè)計(jì)以GO構(gòu)建碳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)和控制復(fù)合材料微納結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為電解液的流動(dòng)和滲透提供暢通的通道，加速電子傳導(dǎo)和鋰離子傳輸，從而提升LFMO的長(zhǎng)循環(huán)性能。

GO薄片可以被水合肼、乙二胺、苯胺等還原劑化學(xué)還原成rGO，基于此，Shen等[34]以LiFePO4、GO和苯胺為原料，通過GO與苯胺在室溫下發(fā)生原位氧化還原反應(yīng)制備LiFePO4/rGO/PANI復(fù)合材料，rGO和PANI相互交織，均勻地包覆在LiFePO4顆粒表面形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。二者協(xié)同作用，即使在rGO和PANI含量較低的情況下，LiFePO4的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性也能得到較好的改善。LiFePO4/RGO/PANI比裸態(tài)的LiFePO4和單獨(dú)使用RGO或PANI改性的LiFePO4具有更大的可逆比容量、更優(yōu)的倍率性能以及更好的循環(huán)穩(wěn)定性。

在集流體上涂布電極材料后原位還原GO用作導(dǎo)電添加劑是一種極佳的選擇。Tang等[35]將LiFePO4電極材料涂布到集流體后直接對(duì)電極中的GO進(jìn)行選擇性的超快原位激光還原，該工藝避免了石墨烯在N-甲基吡咯烷酮(NMP)或其他溶劑中的疏溶劑性和團(tuán)聚問題。在優(yōu)化的激光還原條件下，LiFePO4顆粒保存完好，GO被還原形成層次導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的膨脹石墨烯，構(gòu)建了高速電子通道(圖3)，從而提升了LiFePO4電極的倍率性能和循環(huán)性能。該電極2C下循環(huán)1000次后電池的比容量保持率為84.5%，從0.5C增加到20C的比容量保持率為72.9%，表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。

圖3 2L-GO(2次激光還原的LiFePO4/GO電極)石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)示意圖(a)和SEM照片(b)，小碎片rGO作為電子“橋梁”連接相鄰的LiFePO4顆粒(c)，大片rGO作為電子高速通道(d)[35]Fig.3 Schematic illustration (a) and SEM image (b) of the hierarchical structure of 2L-GO (the LiFePO4/GO electrodes which are laser reduced for two times) graphene conductive network; smaller fragmental rGO sheets work as electronic “bridges” connecting adjacent LiFePO4 particles(c), larger rGO films work as electronic super highway(d)[35]

3.3 復(fù)合導(dǎo)電劑法

將石墨烯與零維(0D)或一維(1D)具有高導(dǎo)電性的碳材料復(fù)合使用，構(gòu)筑“面-點(diǎn)”“點(diǎn)-點(diǎn)”“線-點(diǎn)”的多元導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，兼顧“長(zhǎng)程”和“短程”導(dǎo)電[36]，形成插嵌、橋連、搭接協(xié)同分散，使導(dǎo)電劑充分地與活性物質(zhì)接觸，為電子的快速傳輸和鋰離子的高效輸運(yùn)提供捷徑，這種方法在作者團(tuán)隊(duì)之前的工作中就有報(bào)道[37]。

由于LiFePO4顆粒較小，石墨烯作為導(dǎo)電劑在電極中不僅存在團(tuán)聚和堆疊的現(xiàn)象，而且其大平面結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙電極中鋰離子的擴(kuò)散。Liu等[38]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)碳材料相比，石墨烯和超級(jí)碳(SP)復(fù)配作為導(dǎo)電添加劑加入LiFePO4電池可降低石墨烯用量，緩解石墨烯的團(tuán)聚，還可以構(gòu)建有效的電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使鋰離子電池獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。Xu等[39]采用KOH活化制備多孔石墨烯(HG)，利用多孔結(jié)構(gòu)縮短鋰離子的傳輸路徑。為了進(jìn)一步降低電池中石墨烯的含量、提高石墨烯的分散性，研究了質(zhì)量分?jǐn)?shù)各為1%的HG和SP組成的二元導(dǎo)電添加劑，協(xié)同構(gòu)建LiFePO4電池的離子和電子傳輸網(wǎng)絡(luò)，獲得高能量密度和倍率性能(圖4)。

液相剝離法可以將石墨分散到特定的溶劑或表面活性劑中，制備具有缺陷少、質(zhì)量高、導(dǎo)電性好的少層的石墨烯穩(wěn)定分散液[40]。Wang等[41]將射流空化法制備的液相剝離石墨烯加入到0D乙炔黑(AB)中(石墨烯和AB的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在10%)，得到一種復(fù)合導(dǎo)電劑，與商用的LiFePO4、LiCoO2和Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2進(jìn)行復(fù)合，2D石墨烯和0D AB構(gòu)筑了高效“點(diǎn)-面”導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。該導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)協(xié)同分散形成電子高速傳輸通道，提高電極動(dòng)力學(xué)和可逆性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，加入約3%的石墨烯，LiFePO4電池在0.1C下的比容量由150增加到178 mAh/g，LiCoO2和Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2的比容量分別增大到156和168 mAh/g。

圖4 2%GN、HG2、HG4、HG6和HG8(石墨烯與KOH質(zhì)量比為1∶2,1∶4,1∶6和1∶8)電極的循環(huán)性能(a)、倍率性能(b)和EIS圖譜(c)；2% HG6、10% SP和1% HG6+1% SP電極的循環(huán)性能(d)、倍率性能(e)和EIS圖譜(f)[39]Fig.4 Cycling performance (a), rate performance (b) and EIS spectra (c) of the electrodes with 2wt% GN, HG2, HG4, HG6 and HG8(the weight ratios of initial graphene and KOH are 1∶2,1∶4,1∶6 and 1∶8); cycling performance (d), rate performance (e) and EIS spectra (f) of the electrodes with 2wt% HG6, 10wt% SP and 1wt% HG6+1wt% SP[39]

此外，還可以結(jié)合0D、1D及2D多種碳源各自的優(yōu)勢(shì)，協(xié)同作用，使導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)充分接觸，從而提升鋰離子電池的性能。Han等[42]采用逐層沉積法結(jié)合靜電作用制備了0D氮摻雜碳(NDC)、1D碳納米管(CNTs)和2D rGO 3種碳導(dǎo)電劑改性的TiO2復(fù)合材料(TiO2/C)，TiO2/C中CNTs和TiO2同軸固定在rGO上，NDC均勻分散在納米線上，合成示意圖如圖5，3種碳源構(gòu)成分散良好的3D碳導(dǎo)電框架，在Li+嵌入/脫出過程中實(shí)現(xiàn)電荷的快速轉(zhuǎn)移，TiO2/C復(fù)合材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料，具有良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在4 A/g電流密度下比容量為150 mAh/g，在2 A/g電流密度下循環(huán)1000次后比容量仍高達(dá)140 mAh/g。

圖5 TiO2/C復(fù)合材料的合成示意圖[42]Fig.5 Schematic representation of the preparation of the TiO2/C composite[42]

石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑在很大程度上解決了石墨烯難以分散的問題，同時(shí)能夠構(gòu)建有效的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、降低導(dǎo)電劑的用量、避免引入雜質(zhì)和損失容量，有利于降低成本、提升電池能量密度和安全性，被認(rèn)為是目前推動(dòng)石墨烯導(dǎo)電漿料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵[43]。目前，鴻納東莞新材料科技有限公司、寧波墨西科技有限公司、廈門凱納石墨烯技術(shù)股份有限公司以及常州第六元素材料科技股份有限公司等等眾多國(guó)內(nèi)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑的生產(chǎn)及銷售。隨著石墨烯復(fù)合導(dǎo)電劑在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛和成熟，針對(duì)石墨烯的分散性、穩(wěn)定性及成本等關(guān)鍵問題的研究也將逐漸深入，有望擴(kuò)大石墨烯的應(yīng)用市場(chǎng)。

3.4 引入分散劑法

石墨烯表面具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，與其他介質(zhì)的相互作用力很弱，且片層之間的范德華力作用過強(qiáng)，導(dǎo)致其不親水也不親油，幾乎無(wú)法在溶劑中溶解。利用分散劑與石墨烯之間的π-π鍵堆積作用、離子鍵相互作用、氫鍵作用和靜電作用等[44]，可以在不破壞石墨烯結(jié)構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)石墨烯的高效分散和長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并保持石墨烯性能不受影響[45]。

吳永健等[46]探討了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、KD1、BYK-2150這3種高分子分散劑在NMP體系中對(duì)石墨烯分散穩(wěn)定性的影響，結(jié)果顯示，采用分散劑BYK-2150以及KD1處理的石墨烯分散效果最好，堆疊層數(shù)在5層以下。分析認(rèn)為，非離子型分散劑BYK-2150含有可與石墨烯表面形成π-π鍵結(jié)合的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使其有效吸附在石墨烯表面并形成空間位阻效應(yīng)，阻礙石墨烯的再次團(tuán)聚；KD1為陽(yáng)離子分散劑，電離后產(chǎn)生的靜電排斥力以及由其大分子鏈形成的空間位阻效應(yīng)，能夠抑制石墨烯片層的二次團(tuán)聚，使得石墨烯具有良好的分散穩(wěn)定性。

石墨烯的分散性難題導(dǎo)致其只有在低濃度情況下才能分散得很好，而濃度過低的石墨烯不具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，因此，開發(fā)高濃度石墨烯制備方法至關(guān)重要。Wu等[47]將機(jī)械攪拌、超聲分散和分散劑表面改性相結(jié)合，生產(chǎn)出高質(zhì)量分?jǐn)?shù) (1%)的石墨烯導(dǎo)電漿液，通過對(duì)比PVP、木質(zhì)素磺酸鈉(SLS)、羧甲基纖維素鈉(CMC)這3種分散劑對(duì)石墨烯分散及漿料穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)分散劑能夠有效改善石墨烯導(dǎo)電劑的分散性，其中CMC的作用最佳。這是因?yàn)镃MC與石墨烯之間可以形成π-π非共價(jià)鍵，穩(wěn)定地分散在石墨烯表面，形成空間位阻，使石墨烯片層實(shí)現(xiàn)分離。

Wang等[48]以十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為表面活性劑，利用分散劑與石墨烯之間的結(jié)合作用力，通過簡(jiǎn)單的表面活性劑輔助自組裝法，將工業(yè)用的LiFePO4(LF)納米顆粒和GO組裝成LF/G復(fù)合材料，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，原始LF顆粒發(fā)生明顯團(tuán)聚形成二次顆粒，而復(fù)合石墨烯之后的LF納米顆粒被石墨烯緊緊包裹，分散較好，形成了有效的電子運(yùn)輸導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。Li等[49]將水熱處理后的針狀TiO2與石墨烯結(jié)合，加入十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為輔助分散劑以提高導(dǎo)電石墨烯的相容性，制備了針狀TiO2/石墨烯復(fù)合導(dǎo)電材料，制備過程如圖6所示。在CTAB的輔助作用下，針狀TiO2縱橫交錯(cuò)附著在石墨烯表面，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示TiO2與石墨烯之間具有快速電子傳輸特性，極大地提升了TiO2/石墨烯復(fù)合材料的導(dǎo)電性。

圖6 針狀TiO2/石墨烯復(fù)合材料的制備過程示意圖[49]Fig.6 Schematic diagram of the preparation process of needle-like TiO2/graphene composite[49]

3.5 其它方法

除通過上述常見的辦法改善石墨烯的分散性外，還可以嘗試采用其它方法來提高石墨烯的分散性，充分發(fā)揮石墨烯的優(yōu)良性質(zhì)，改善石墨烯的成型加工性。Meng等[50]以氯化銨(NH4Cl)為成孔劑，采用氣相發(fā)泡法制備具有分層多孔結(jié)構(gòu)的3D網(wǎng)狀鈦酸鋰/還原氧化石墨烯(LTO/G)復(fù)合材料，在NH4Cl濃度為1 mg/mL制備的復(fù)合材料(1-LTO/G)中，LTO顆粒均勻分散在3D網(wǎng)狀石墨烯上，并存在大量微/介孔，分析是由于在熱處理過程中，NH4Cl進(jìn)入石墨烯片之間的間隙，進(jìn)一步分解產(chǎn)生氣體并形成分層孔隙，1-LTO/G復(fù)合材料疏松多孔的結(jié)構(gòu)使電解質(zhì)具有更好的穿透性，為鋰離子提供了更快速的擴(kuò)散通道，1-LTO/G在1C倍率下的比容量高達(dá)176.6 mAh/g，10C下循環(huán)100次后的比容量保持率為95.4%。

化學(xué)剝離法制備的普通石墨烯存在許多結(jié)構(gòu)缺陷，在用作鋰離子電池導(dǎo)電劑時(shí)，會(huì)降低鋰離子電池的電化學(xué)性能。Yu等[51]采用超聲空化法和射流空化法2種物理方法制備石墨烯，在LiFePO4電池制造過程中創(chuàng)新性地引入了超聲預(yù)分散技術(shù)，有效減緩了石墨烯的團(tuán)聚，在電極中構(gòu)建了均一且有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高了電池的電化學(xué)性能。測(cè)試結(jié)果顯示，射流空化法制備的石墨烯具有較高的導(dǎo)電性，采用該石墨烯制備的電池也具有較好的循環(huán)性能；而超聲空化法制備的石墨烯電池具有較好的倍率性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性能、出色的機(jī)械性能、極高的導(dǎo)熱性、超大比表面積等特性，作為導(dǎo)電劑有望突破鋰離子電池的研究瓶頸，然而，石墨烯的團(tuán)聚及堆疊問題是限制其在鋰離子電池中廣泛應(yīng)用的巨大屏障?；瘜W(xué)改性法、原位還原法、復(fù)合導(dǎo)電劑法、引入分散劑法及其它石墨烯分散方法各有優(yōu)勢(shì)，但均未完全解決石墨烯在電極中的分散問題。推動(dòng)石墨烯導(dǎo)電劑走向更大的產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)，還需要科研人員做以下研究工作：① 目前對(duì)石墨烯導(dǎo)電劑分散性的表征手段尚不嚴(yán)謹(jǐn)，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，建立健全的石墨烯物理及化學(xué)性能的測(cè)試方法以及石墨烯分散性的表征手段是首要工作。② 針對(duì)石墨烯導(dǎo)電劑分散方法的詳細(xì)研究?jī)?nèi)容較少，還需要對(duì)石墨烯分散的內(nèi)部和外部影響因素、各種分散方法的具體作用機(jī)制以及不同分散方法之間的聯(lián)系等進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究。③ 現(xiàn)有石墨烯導(dǎo)電劑分散方法中的化學(xué)改性法、原位還原法以及其它方法能夠在一定程度上改善石墨烯的流動(dòng)性、分散性，但是目前大多數(shù)還處于研究階段，需要進(jìn)一步針對(duì)鋰離子電池不同的應(yīng)用需求，深入開展對(duì)石墨烯導(dǎo)電劑的研究，擴(kuò)大石墨烯導(dǎo)電劑的應(yīng)用市場(chǎng)。