石墨烯由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的電子傳輸能力以及超大的比表面積等優(yōu)勢極有潛力替代石墨成為新一代鋰電池負(fù)極材料。石墨烯的儲鋰機(jī)制與其他碳材料相似，充電時鋰離子從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入碳材料層間形成形成Li2C6，放電時鋰離子脫出返回正極。

 

 

因此較之石墨，以石墨烯為負(fù)極更有利于提高電池性能。從石墨烯電池的概念提出以來，很多學(xué)術(shù)研究成果表明石墨烯鋰電池可逆容量可達(dá)500mAh/g以上，以及具有出色的倍率性能。

 

 

目前負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，這兩種石墨各有優(yōu)劣。如果將石墨烯用作鋰電負(fù)極材料的話，需要獨(dú)立的上下游產(chǎn)業(yè)鏈、昂貴的價格還有復(fù)雜的工藝，這讓眾多負(fù)極材料廠商望而卻步。

 

 

在正極復(fù)合材料中，石墨烯二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)及優(yōu)異的電子傳輸能力，能有效改善正極材料的導(dǎo)電性能，提高鋰離子的擴(kuò)散傳輸能力。相比于傳統(tǒng)導(dǎo)電添加劑，石墨烯導(dǎo)電劑的優(yōu)勢在于能用較少的添加量，達(dá)到更優(yōu)異的電化學(xué)性能。此外，也有石墨烯包覆正極材料如磷酸鐵鋰，錳酸鋰的相關(guān)報道。

 

 

負(fù)極材料方面，純石墨烯材料由于首次循環(huán)庫侖效率低、充放電平臺較高以及循環(huán)穩(wěn)定性較差，并不能取代目前商用的碳材料直接作為鋰離子電池負(fù)極材料使用。但石墨烯可以作為一種優(yōu)異的基體材料在鋰電池復(fù)合電極材料中發(fā)揮更大的作用。將石墨烯與天然石墨、碳納米管、富勒烯等碳材料復(fù)合，能利用石墨烯的特殊片層結(jié)構(gòu)，改善材料的力學(xué)性能和電子傳輸能力。同時，摻雜后的石墨烯片層間距增大，提供更多的儲鋰空間。

 

 

鋰電池負(fù)極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，石墨烯電池是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料,具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導(dǎo)熱系數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導(dǎo)電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機(jī)械性能，被作為鋰電池材料而備受關(guān)注。石墨烯直接作為鋰電池負(fù)極材料時，具有非常可觀的電化學(xué)性能。

 

 

石墨烯電池是近年來研究較多的一種新型材料，具有良好的導(dǎo)電性能和倍率性能，在鋰離子電池正極材料和負(fù)極材料領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。負(fù)極材料作為鋰電池四大組成材料之一，在提高電池的容量以及循環(huán)性能方面起到了重要作用。近年來由于新能源汽車的快速發(fā)展，對動力鋰電池需求飛速提升，全球動力電池在鋰電池產(chǎn)量中的占比由2014年的14%快速提升到2015年的28%；而中國動力電池在鋰電池產(chǎn)量中的占比也由2014年的19%快速提升到2015年的36%。

 

 

鋰離子電池產(chǎn)業(yè)可以分為上游的礦產(chǎn)資源、中游的原材料、產(chǎn)品制造與組裝、下游的應(yīng)用三大范疇。在產(chǎn)業(yè)鏈的環(huán)節(jié)中，鋰電池隔膜制造環(huán)節(jié)的毛利率是最高的。負(fù)極材料技術(shù)是最成熟的，其中石墨系負(fù)極材料仍是主流。

 

 

仍技術(shù)角度來看，未來鋰離子電池負(fù)極材料將會呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的迚步，目前的鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)仍單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負(fù)極材料共存的局面。

 

 

天然石墨負(fù)極材料技術(shù)有了較大的迚步，其可逆容量已達(dá)360mAh/g以上，在消費(fèi)型鋰離子電池中獲得了廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)在未來的小型電池中，高容量電池仍將以天然石墨為主。人造石墨負(fù)極材料當(dāng)前的應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是長寽命，較低的極片反彈，而缺點(diǎn)是容量相對較低。目前在人造石墨的技術(shù)改迚使得人造石墨也可以發(fā)揮350mAh/g的可逆容量。將人造石墨與天然石墨復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極材料也已被許多電池廠家所認(rèn)可。軟/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、金屬合金、硅碳合金等新型負(fù)極材料目前已經(jīng)處于試用階段，可能在未來幾年里會逐步產(chǎn)業(yè)化。新型的負(fù)極材料雖然有其特殊的優(yōu)勢，但技術(shù)仍然不成熟。

 

 

現(xiàn)階段，石墨材料是負(fù)極材料的主流，未來石墨烯、鈦酸鋰、硅碳復(fù)合材料未來其良好發(fā)展前景。從2015年全球鋰電池負(fù)極材料消費(fèi)結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相炭碳微球及鈦酸鋰、軟碳與硬碳、非碳材料占比分別為55.0%、35.0%、7.4%、1.7%、0.8%，中國鋰電池負(fù)極材料消費(fèi)結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相碳微球和鈦酸鋰占比分別為36%、53%、11%。

 

 

我國3C消費(fèi)品領(lǐng)域中，手機(jī)與微型計(jì)算機(jī)占據(jù)了絕大部分市場，因此在此我們主要討論近年來手機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的市場情冴。在經(jīng)歷了2009~2010年智能手機(jī)的爆發(fā)式增長后，國內(nèi)手機(jī)產(chǎn)量基本保持在10%以上的年均增速平穩(wěn)增長；且由于2009年智能手機(jī)帶動平板電腦等便攜設(shè)備的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)量也在經(jīng)歷2010年前后的爆發(fā)后回落。不過總體來說3C電子市場近幾年保持了相對平穩(wěn)的增長，可以預(yù)期未來繼續(xù)保持低增速的發(fā)展態(tài)勢。

 

 

石墨烯獨(dú)特的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學(xué)性能，使其在鋰離子電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，但是目前石墨烯仍然存在制備和應(yīng)用等方面的技術(shù)困難，使其在鋰電池領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用還有較大的距離。因此解決石墨烯自身及其在鋰電池應(yīng)用方面存在的技術(shù)問題將會是石墨烯與鋰電池行業(yè)破局之路的先決條件。