石墨烯是科學(xué)家最早發(fā)現(xiàn)的一種具有穩(wěn)定二維結(jié)構(gòu)碳的材料，是一種理想的二維碳質(zhì)晶體。理想的石墨烯結(jié)構(gòu)是平面六邊形點(diǎn)陣，其基本結(jié)構(gòu)單元為有機(jī)材料中最穩(wěn)定的苯六元環(huán)，它是一種由碳原子以s p2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面狀薄膜。石墨烯是碳的多種形態(tài)中的基本結(jié)構(gòu)單元，單層石墨烯只有一個(gè)碳原子的厚度，即0.335nm，碳的其他存在形態(tài)為碳納米管、石墨、富勒烯、金剛石(圖1)。石墨烯是已知自然界穩(wěn)定存在的最薄的材料，并且具有極大的比表面積、超高的導(dǎo)熱率、超強(qiáng)的導(dǎo)電性和強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，因此其擁有良好的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。
2004年英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的2位物理科學(xué)家——安德烈·海姆教授（G e i m）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授（Konstantin Novoselov），在實(shí)驗(yàn)室中成功從天然石墨片中第一次剝離出了具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯，從而證明了二維材料在自然狀態(tài)下可以單獨(dú)存在，因這個(gè)革命性和顛覆性的發(fā)
現(xiàn)，2位教授共同在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在此背景下，石墨烯的眾多方向研究如火如荼的展開(kāi)，并且迅速在全球范圍里掀起了石墨烯制備、石墨烯復(fù)合技術(shù)和材料、石墨烯下游產(chǎn)品等的研究熱潮。石墨烯材料超強(qiáng)的物理、化學(xué)和機(jī)械等主要特性如圖2所示。
目前石墨烯的制備方法主要分為“自下而上（down-up）”和“自上而下（up-down）”2大類方法。而“自下而上（down-up）”法是通過(guò)碳原子的重構(gòu)來(lái)合成石墨烯材料，是從一種形態(tài)到另一種形態(tài)的轉(zhuǎn)變，它包括化學(xué)氣相沉積法（C V D）、外延生長(zhǎng)法、有機(jī)合成法等。“自上而下（up-down）”法是通過(guò)剝離天然石墨材料來(lái)制備石墨烯片層，可以分為物理法和化學(xué)法，如微波機(jī)械剝離法、物理液相剪切分離法、電弧法、氧化還原法、超臨界法、碳納米管軸向切割法等。
基于石墨烯材料具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、機(jī)械、聲學(xué)、電化學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能，它是極具發(fā)展前景和潛力的電池電極材料。目前把石墨烯做為電池導(dǎo)電劑是石墨烯研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。
二、石墨烯導(dǎo)電劑在電池中的應(yīng)用
電池導(dǎo)電劑是電池正負(fù)極材料、電極互聯(lián)的關(guān)鍵輔助材料，對(duì)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(lái)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。
1. 石墨烯在鋰離子動(dòng)力電池中的應(yīng)用在目前現(xiàn)有的鋰離子電池體系中，電池使用的正負(fù)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。正負(fù)極材料本身過(guò)高的電阻值會(huì)引起電極極片的極化，這直接導(dǎo)致鋰電池電極材料利用率的迅
速降低和鋰電池循環(huán)性能的迅速衰減。為了能夠建立高效的電池正負(fù)極材料導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和結(jié)構(gòu)，需要添加高效的電池材料導(dǎo)電劑，并且對(duì)電極材料導(dǎo)電劑的形態(tài)、性能和添加量要求較高，需要有合適的匹配關(guān)系。其中導(dǎo)電劑本身并不具有提供嵌脫鋰容量的特性，這導(dǎo)致整個(gè)鋰電池體系的比能量與比功率能力發(fā)生小幅的降低。另外，隨著鋰電池技術(shù)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)鋰電池導(dǎo)電添加劑（乙炔黑和炭黑等）與正負(fù)極活性材料粒子點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接觸方式已經(jīng)不能滿足鋰電池要求，它會(huì)帶來(lái)較大的熱阻抗，進(jìn)而給鋰電池組帶來(lái)很大的安全隱患。電池安全問(wèn)題在鋰電設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中是不得不重點(diǎn)考慮的因素，因此需要迫切的開(kāi)發(fā)可以提供高效導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的新型電池導(dǎo)電添加劑材料，這種新型導(dǎo)電劑材料在降低所需添加量的同時(shí)，還能大幅提高正負(fù)極電極的導(dǎo)電能力，進(jìn)而降低電池成本，并且可以改善鋰電池的倍率與充放電循環(huán)性能。從近幾年一系列的研究中發(fā)現(xiàn)：石墨烯因獨(dú)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(jī)械、電化學(xué)等性能，可以為電極正負(fù)極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導(dǎo)電接觸位點(diǎn)，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(fù)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(diǎn)。
