在2012年發(fā)表于Nano Energy的文章上，研究了石墨烯用作鋰離子電池導(dǎo)電劑的優(yōu)缺點(diǎn)。在楊老師的研究中，采用了商用10Ah的“LiFePO4/石墨”方形鋰離子電池。研究顯示，以少量（1%）的石墨烯取代鋰離子電池內(nèi)的傳統(tǒng)導(dǎo)電劑，不但可以提升化性物質(zhì)的比例，還能顯著的降低鋰離子電池的阻抗，但是由于石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)，會(huì)對(duì)Li+快速擴(kuò)散形成很大的阻礙，因此在大電流充放電（>3C）時(shí)，會(huì)使鋰離子電池產(chǎn)生很大的極化，影響鋰離子電池的放電容量。這一研究顯示，石墨烯作為導(dǎo)電劑適合應(yīng)用在一些對(duì)鋰離子電池充放電倍率要求不高的場(chǎng)合，石墨烯的添加可以顯著的提升活性物質(zhì)的占比，降低電極阻抗，提升鋰離子電池的能量密度，但是在一些石墨烯并不適合應(yīng)用在功率型電池（充放電倍率>3C）上作為導(dǎo)電劑。

 

實(shí)驗(yàn)中楊全紅的團(tuán)隊(duì)制作了兩種電池，一種是普通的對(duì)照組電池，使用了7%的炭黑和3%的導(dǎo)電石墨，實(shí)驗(yàn)組則使用1%的石墨烯和1%炭黑作為導(dǎo)電劑。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同的涂布量的前提下，使用石墨烯的實(shí)驗(yàn)組電池容量（0.5C充放電）要明顯高于對(duì)照組電池，并且兩者的循環(huán)性能接近，表明石墨烯能夠搭建起更為高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而減少導(dǎo)電劑的用量，提高鋰離子電池的容量（10%），降低電池的極化，提升電池的能量密度。

 

在隨后的倍率實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在0.5C、1C和2C的充放電倍率下，實(shí)驗(yàn)組的石墨烯導(dǎo)電劑電池相比于對(duì)照組電池都表出了更高的容量和更小的極化，但是當(dāng)充放電倍率提高到3C時(shí)，實(shí)驗(yàn)組電池容量迅速下降到4Ah以下，而對(duì)照組電池的容量仍然保持在9Ah左右，繼續(xù)將放電倍率提高到4C，實(shí)驗(yàn)組石墨烯導(dǎo)電劑電池由于極化太大，已經(jīng)無(wú)法放電，而對(duì)照組電池則相對(duì)穩(wěn)定。

 

 

 

EIS分析顯示，添加石墨烯的實(shí)驗(yàn)組電池的歐姆阻抗要明顯低于對(duì)照組電池，這主要得益于石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)能夠于活性物質(zhì)顆粒形成很好的接觸，降低接觸電阻，但是在高頻段的電荷交換阻抗，實(shí)驗(yàn)組電池要明顯高于對(duì)照組電池，這表明石墨烯的加入影響了Li+在電極內(nèi)的擴(kuò)散。仿真結(jié)果顯示，主要是由于石墨烯的片狀結(jié)構(gòu)對(duì)Li+的擴(kuò)散形成了阻礙，導(dǎo)致Li+的擴(kuò)撒路徑延長(zhǎng)，從而造成了添加石墨烯的鋰離子電池在大電流下極化增加，導(dǎo)致電池的放電容量下降。而傳統(tǒng)的炭黑、導(dǎo)電碳纖維和導(dǎo)電石墨等材料，由于橫截面較小，因此對(duì)Li+的擴(kuò)散阻礙較小，對(duì)鋰離子電池大電流放電性能影響不大。

 

該研究表明，石墨烯作為導(dǎo)電劑雖然能夠顯著的提升電極的導(dǎo)電性，降低導(dǎo)電劑的用量，提升鋰離子電池的能量密度，但是并不是所有的鋰離子電池適合食用石墨烯作為導(dǎo)電劑，在一些對(duì)充放電電流需求不高的領(lǐng)域，例如儲(chǔ)能、電子設(shè)備等，工作電流較小，適合采用石墨烯取代傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑。