石墨烯作为锂离子电池负极材料的优缺点

随着研究的不断发展，高性能锂电电极材料层出不穷。石墨烯的高导电性、高导热性、高比表面积、等诸多优良特性，一定程度上对解决该问题有着非常重要的理论和工程价值。

石墨烯直接储锂的优点：

1） 高比容量：锂离子在石墨烯中具有非化学计量比的嵌入?脱嵌，比容量可达700~2000 mAh/g；

2） 高充放电速率：多层石墨烯材料的层间距离要明显大于石墨的层间距，更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。大多研究也表明，石墨烯负极的容量有540 mA·h/g左右，但由于其表面大量的含氧基团充放电过程中分解或与Li+发生反应造成电池容量的衰减，其倍率性能也受到较大影响。

杂原子的掺杂带来的缺陷会改变石墨烯负极材料的表面形貌，进而改善电极-电解液之间的润湿性，缩短电极内部电子传递的距离，提高Li+在电极材料中的扩散传递速度，从而提高电极材料的导电性和热稳定性。

但石墨烯材料直接作为电池负极仍然存在一些缺点，包括：

1）制备的单层石墨烯片层极易堆积，比表面积的减少使其丧失了部分高储锂空间；

2）首次库伦效率低，一般低于 70%。由于大比表面积和丰富的官能团，循环过程中电解质会在石墨烯表面发生分解，形成SEI 膜；同时，碳材料表面残余的含氧基团与锂离子发生不可逆副反应，造成可逆容量的进一步下降；

3）初期容量衰减快；

4）电压平台及电压滞后。因此，为解决存在的这一系列问题，将石墨烯和其他材料进行复合制作成石墨烯基复合负极材料成为现在锂电池研究的热点和锂电负极材料发展的一个方向。

对于锂电负极材料而言，过渡金属氧化物或具有前景的Si基材料进行石墨烯掺杂后在比容量、电压特性、内阻、充放电性能、循环性能、倍率性能等电化学性能方面已经表现出了优异的特性。石墨烯基中杂原子掺杂引入了更多的表面缺陷，提高石墨烯材料的电导率，得复合材料拥有更优良的性能。