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。

在目前現(xiàn)有的鋰離子電池體系中，電池使用的正負(fù)極材料本身具有的較低離子與電子電導(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。

 

因此需要迫切的開發(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。

 

鋰硫（Li-S）電池具有非常高的理論儲(chǔ)能密度，達(dá)到了2600Wh/kg，這是目前最先進(jìn)的鋰離子電池的5～10倍，有望大量用于未來能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和裝置。

 

目前石墨烯導(dǎo)電劑是鋰電池導(dǎo)電劑的主流方向。用不同方法制備的石墨烯材料在鋰硫電池體系中用作導(dǎo)電支撐骨架結(jié)構(gòu)時(shí)能夠發(fā)揮出不同的效果。

 

石墨烯類材料本身具有獨(dú)特的物理機(jī)械性能，還可為硫活性物質(zhì)在脫嵌鋰過程中產(chǎn)生的巨大體積變化提供豐富的三維緩沖空間，石墨烯導(dǎo)電劑這些特性進(jìn)而有效提高鋰硫電池的循環(huán)安全性,倍率性能以及循環(huán)壽命。

 

鉛酸蓄電池是發(fā)展歷史最為悠久的二次電池，是世界上第一個(gè)商業(yè)化應(yīng)用的可再充電池。

 

目前也有大量使用和生產(chǎn)鉛酸蓄電池。鉛酸蓄電池的電極主要由鉛及其氧化物材料制成，電解液為硫酸溶液。在電池放電狀態(tài)下，正極材料主要成分為二氧化鉛，負(fù)極材料主要成分為鉛；在電池充電狀態(tài)下，正負(fù)極的主要成分均為硫酸鉛。

 

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，已經(jīng)有大批的科研工作者和企業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)介入到這一領(lǐng)域，已經(jīng)有階段性的成果和突破。石墨烯對(duì)鉛酸電池性能的影響不可忽視，已經(jīng)成為鉛酸電池方向研究的新熱點(diǎn)之一。

 

石墨烯因其獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，注定會(huì)成為電池領(lǐng)域研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。根據(jù)目前諸多研究結(jié)果表明，石墨烯導(dǎo)電劑可以應(yīng)用在傳統(tǒng)鉛酸電池和鋰電池中解決電池能量密度和功率密度難以兼得的問題，石墨烯導(dǎo)電劑未來將越來越多的應(yīng)用到電池行業(yè)。石墨烯導(dǎo)電劑在鋰離子電池中應(yīng)用是一個(gè)非常有前途的方向和未來發(fā)展趨勢(shì)。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)。

 

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(fù)極，對(duì)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(fù)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(zhǎng)，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(jìn)硫酸溶液更容易、更快速且更深地滲透到鉛負(fù)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(fù)極硫酸鉛晶體在電極表面的生長(zhǎng)，進(jìn)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(shí)了這一點(diǎn)。

 

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(shí)發(fā)揮石墨烯導(dǎo)電支撐結(jié)構(gòu)作用的報(bào)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(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)處理復(fù)合，進(jìn)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(shí)驗(yàn)使用的石墨烯材料種類和性能的不同，可簡(jiǎn)單分為物理機(jī)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(huì)有新的材料體系涌現(xiàn)。