钴酸锂正极体系中石墨烯导电剂的选择

在锂离子电池中，导电剂主要用于加速材料界面间、材料与集流体间电子的传导，减小接触电阻，降低大电流充放电引起的极化，提高倍率性能。导电剂虽然所占比例不大（通常不超过电极5%），却起着非常关键的作用。

石墨烯是具有特殊二维结构的碳材料，兼具良好的导电性、导热性与片层柔性。作为导电剂使用时，可与活性材料通过点-面接触形成三维导电网络，提高电子电导率。还可在活性物质颗粒之间形成不同大小和形状的孔隙，使活性物质与电解质得到充分浸润，提高离子电导率。少量添加即可表现出良好的电化学性能，因而在锂离子电池中具有巨大的应用前景。

近年来，随着石墨烯制备技术的不断发展，石墨烯的制备方法越来越多样化。采用不同方法得到的石墨烯材料性能及作为导电剂的应用效果也不尽相同。

为了更好地选择适合不同活性物质体系的石墨烯材料，中科院金属所李峰研究员课题组选取目前最常用的三种量产的石墨烯作为导电剂，在锂离子电池商业化正极材料钴酸锂体系中开展了应用研究。

研究结果表明，将具有大片层尺寸、高结晶度和高导电性的石墨烯作为导电剂时，并未如预期那样增强钴酸锂正极的电化学性能。然而，将具有一定含氧官能团、相对低的比表面积和适中尺寸的石墨烯作为导电剂时，电化学性能有了很大的改善。当与SuperP复合使用时，仅需1%的石墨烯就足以形成有效的导电网络。

作者进一步分析了不同石墨烯作为导电剂在钴酸锂中的传递机理，揭示了石墨烯的导电性并不是影响电化学性能的唯一因素，其表面化学和片层尺寸也是影响电化学性能的重要因素。虽然氧化还原法得到的石墨烯也展现出了较为理想的电化学性能，但其较大的比表面积会使电极的体积能量密度和加工性能受到限制，因此并非导电剂的最佳选择。

该研究不仅提出了适用于钴酸锂正极体系的石墨烯导电剂的应用方案，也为石墨烯导电剂在高功率、高能量密度锂离子电池应用中的有效选择提供了崭新的视角。