石墨烯是科學家最早發(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)是平面六邊形點陣，其基本結(jié)構(gòu)單元為有機材料中最穩(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、超高的導熱率、超強的導電性和強度等優(yōu)點，因此其擁有良好的應用和市場前景。
2004年英國曼徹斯特大學的2位物理科學家——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），在實驗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)下可以單獨存在，因這個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獎。在此背景下，石墨烯的眾多方向研究如火如荼的展開，并且迅速在全球范圍里掀起了石墨烯制備、石墨烯復合技術和材料、石墨烯下游產(chǎn)品等的研究熱潮。石墨烯材料超強的物理、化學和機械等主要特性如圖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）”法是通過碳原子的重構(gòu)來合成石墨烯材料，是從一種形態(tài)到另一種形態(tài)的轉(zhuǎn)變，它包括化學氣相沉積法（C V D）、外延生長法、有機合成法等?！白陨隙拢╱p-down）”法是通過剝離天然石墨材料來制備石墨烯片層，可以分為物理法和化學法，如微波機械剝離法、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特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學、光學、機械、聲學、電化學、力學、熱學等性能，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電劑是石墨烯研究的一個熱點方向。
二、石墨烯導電劑在電池中的應用
電池導電劑是電池正負極材料、電極互聯(lián)的關鍵輔助材料，對電池的充放電次數(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)異的導電性能和倍率性能，將其應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. 石墨烯在鋰離子動力電池中的應用在目前現(xiàn)有的鋰離子電池體系中，電池使用的正負極材料本身具有較低的離子與電子電導率，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。正負極材料本身過高的電阻值會引起電極極片的極化，這直接導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極材料導電網(wǎng)絡和結(jié)構(gòu)，需要添加高效的電池材料導電劑，并且對電極材料導電劑的形態(tài)、性能和添加量要求較高，需要有合適的匹配關系。其中導電劑本身并不具有提供嵌脫鋰容量的特性，這導致整個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，隨著鋰電池技術不斷發(fā)展，傳統(tǒng)鋰電池導電添加劑（乙炔黑和炭黑等）與正負極活性材料粒子點對點的接觸方式已經(jīng)不能滿足鋰電池要求，它會帶來較大的熱阻抗，進而給鋰電池組帶來很大的安全隱患。電池安全問題在鋰電設計和使用過程中是不得不重點考慮的因素，因此需要迫切的開發(fā)可以提供高效導電網(wǎng)絡的新型電池導電添加劑材料，這種新型導電劑材料在降低所需添加量的同時，還能大幅提高正負極電極的導電能力，進而降低電池成本，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)：石墨烯因獨特的二維平面結(jié)構(gòu)，以及本身具有優(yōu)良的物理、化學、機械、電化學等性能，可以為電極正負極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導電接觸位點，并且石墨烯材料為自然界已知導電率最高的材料。相比于傳統(tǒng)導電劑（乙炔黑與炭黑等），石墨烯作為鋰電池導電添加劑能更有效地
降低正負極材料顆粒間的接觸阻抗并提升整體電極的導電性能，因此石墨烯成為新型導電添加劑的研究熱點。
