石墨烯在锂离子电池中的应用
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用摘要：随着近几年石墨烯的研究进展，在复合材料领域石墨烯扮演的角色越来越重要。
随着科技的发展，锂离子电池应用的范围越来越广。
负极材料作为锂离子电池重要部分，越来越多的被人们研究开发。
基于此，文章就锂离子电池负极材料中石墨烯的应用加以分析和探讨。
关键词：锂离子电池；负极材料；石墨烯随着科技的发展，锂电池凭借高电压、高能量密度、良好的循环性能、低自放电等突出优势在人们生活中的应用越来越广泛。
在锂离子电池中电位比较低的一端叫负极，在原电池中起氧化作用。
锂电池中负极所需要的材料为负极材料。
根据实际生产中锂离子电池生产成本核算，负极材料成本约占比锂电池总成本的1/4~1/3，因此负极材料的研究至关重要。
一、什么是石墨烯石墨烯是由单层碳原子排列成六边形晶格而形成的一种异形体。
自然界中有许多它的“同胞兄弟”如石墨、钻石、碳、碳纳米管。
这些都是碳的其他异形体。
石墨烯他的化学结构很简单，作为一种新型的材料，将会变得极其容易获得，不会像之前难以获得的材料那么昂贵，这将会使价格变得低廉，也让人们更容易所接受。
再说它的空间结构，它的形状是一种类似足球比赛中守门员的球网，是一种薄膜，是一种六角型晶格平面的薄膜，是一种只有一个碳原子的厚度二维材料，是一种新型的、坚固的二维材料，这就区别了和三维材料的区别，在后面我们会说出石墨烯也是可以由二维材料变成三维材料的。
石墨烯具有一些不同于其他材料的一些特性，他是最坚固的材料，它能传导热量和电能，它几乎是透明的。
所以相较于之前用于储能材料，和用于光电催化方面的材料，石墨烯具有着一些得天独厚的优势，也意味这在这些方面上，石墨烯将会得到更为广泛的使用。
二、石墨烯的制备技术目前我们国家在研究石墨烯生产方法时主要有两个方向，分别是物理法制备和化学法制备。
利用微机械剥离法能够得到高质量的石墨烯，但是由于此种方法处理出来的石墨烯通常尺寸较小，应用范围不广阔因此并不适合大规模生产，目前比较适用的还是化学方法，化学方法总共分为两种，一种是化学气象沉积法，这种方法通常是用Ni，Ru等一些过度金属来做基底，在利用甲烷和乙烯等一些小分子来高温气态的条件下发生一些化学反映，在基底层可以生长出石墨烯，这种方法目前主要用来制备墨烯薄膜，但是由于使用过渡金属作为基底，成本相对比较高。
石墨烯在锂离子电池中的应用研究
石墨烯在锂离子电池中的应用研究随着科技的发展和人们生活质量的不断提高，对电池能量密度、电池寿命和安全性的要求也越来越高。
而现在，石墨烯这种材料在锂离子电池中的应用研究，正在经历一波热潮。
一、石墨烯的介绍石墨烯是由单层碳原子构成的二维材料，它具有独特而优异的电学、热学、力学和光学性质。
它的导电性、导热性以及毒性不强使它成为最理想的电池材料之一，因为它可以显著提升电池的性能水平。
二、石墨烯在锂离子电池中的应用（一）提高电池能量密度石墨烯可以大大提高电池的能量密度，是因为它的独特结构可以使得锂离子能够更好地储存和释放。
而且，石墨烯具有优异的电导率，这也可以加快电池运作的速度，提高能量密度。
（二）延长电池寿命石墨烯作为电池导电模块的成分之一，可以防止电池内的能量损失，从而使电池寿命得到显著的延长。
同时，石墨烯还可以避免电池内部的极化现象和锂离子的“溢出”现象，确保电池的稳定性和长寿命。
（三）提高电池安全性石墨烯的强韧性和高温耐受性可以将电池内部的压力和温度控制在合理的范围内，从而提高电池的安全系数。
此外，石墨烯具有良好的高温抗氧化性能，可以防止电池内部物质的氧化腐蚀，从而避免电池的短路和爆炸等安全隐患。
三、展望石墨烯在锂离子电池中的应用前景虽然石墨烯在锂离子电池中的应用研究还没有完全成熟，但是已经被广泛认为是未来电池材料的翘楚。
据预测，在未来5年左右，石墨烯在电池领域的市场规模将达到数十亿美元，成为一个全新的产业增长点。
同时，石墨烯还有着广泛的其他应用领域，例如：医疗、环保、新材料等，因此，石墨烯可以作为一种新兴的产业，给人类社会带来更多的惊喜和发展可能性。
四、总结石墨烯因其独特的特性，在各个领域得到了广泛的研究和应用。
而在锂离子电池中的应用研究更是令人兴奋，这种材料能够为电池的能量密度、电池寿命和安全性提供更好的保障，未来的市场前景也十分广阔。
因此，我们有理由相信，石墨烯材料必将在锂离子电池领域内发挥更为重要和广泛的作用。
石墨烯在锂离子电池中应用
Abstract
Graphene is a tw o dim ensio nal m at erial only m ade of carbon at om s. Due t o it s
墨烯制备和研究方面的开创性工作获得了 2010 年的诺贝尔物理学奖 . 关键词 石墨烯 ; 诺贝尔奖; 量子霍尔效应; 狄拉克费米子
GRAPHENE: A NEW QUANTUM MATERIAL
Zhang Yi
( In st itu t e of Physics , Ch ines e A cademy of Sciences, Beijin g 100190)
[ 2, 3]
狄拉克费米子行为
. 这种奇特的狄拉克费米子
之前从未在真实的材料中发现 , 而仅仅在理论上 被理论物理学家讨论过 . 石墨烯各种新奇的物理 特性已引起了科学界的广泛关注 . 首次在实验上 制备出石墨烯的两位俄裔英国科学家也因此获得 2010 年度的诺贝尔物理学奖[ 4] .
2 物理与工程 V ol. 21
unique t w o dimensio nal honey com b lat t ice st ruct ur e, Dirac ferm io n s behavior of carriers, and ot her ex ot ic physical charact erist ics, graphene has at tr act ed ex t ensiv e at t ent ion r ecent ly. Graphene also prom ises f or applications in many f ields such as elect ro nicd, info rmat ion technolog y, energ y co nvert ion. Because of t he pioneering w ork in prepar at ion and charact er izat ion o f graphene, A. K. Geim and K. S. Nov oselov , t he U niversit y of M anchest er shared No bel Prize in P hy sics in 2010. Key Words Graphene; Nobel P rize; Quant um H al l eff ect ; Dirac fert mon 过机械剥离的方法制得了石墨烯 , 发现它在大气 1 介绍 晶体管于 1947 年 12 月发明, 它开创了 现代 的半导体工业, 是计算机信息技术的基石 . 随着人 们对计算速度和性能的不断追求 , 传统半导 体器 件尺寸的不断缩小并已经到达了瓶颈 . 人们 急需 具有更快的电子输运和更精确的电子操纵的新材 料来实 现未 来高 速 高效 电子 器件 的应 用. 2004 年, 曼彻斯特大学的康斯 坦丁 诺沃 肖洛夫 ( K. S. No voselov ) 和安德烈 海姆 ( A. K. Geim ) 通 和室温环境下具有稳定的结构 , 并且具有极大的 场效应和极高 的载 流子 迁移 率 ( ~ 15 000cm 2 V- 1 s- 1 ) [ 1] . 之后又发现其载流子表现出独特的
石墨烯在锂离子电池中的应用综述
石墨烯在锂离子电池中的应用
学生姓名 贾凯洋
指导教师 杨贵进
西北师范大学物理与电子工程学院
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
目 录
选题背景
石墨烯的制备和性质
石墨烯在锂离子电池中的应用 石墨烯在锂离子电池中应用的总结及前景 展望
2019/4/12
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩 表1.石墨烯改性正极材料的简要制备方法
正极材料 LiFePO4
石墨烯在锂离子电池正极材料中的应用
共沉淀法 + 热处 理 水热法+热处理 喷雾干燥 + 热处 理 溶胶-凝胶法 水解+溶剂热法 2~5μm 280
复合方法
Li3V2(PO4遇到的问题的基本途径之一
石墨烯因其优异的性能在锂离子电池电极材料的选择中被广 泛关注
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
锂离子电池工作原理
图1 锂离子电池工作原理示意图 2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
锂离子电池的应用
电压高、能量密度 大、循环性能好、 自放电小、无记忆 效应
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯做锂离子电池负极材料的问题
制备过程石墨烯片层极易堆积
石墨烯首次充放电库伦效率低
石墨烯循环性能差 石墨烯的其他问题
2019/4/12
物理与电子工程学院本科生毕业论文答辩
石墨烯/锰氧化物复合材料
MnOX+2xLi++2xe2C+Li++e-
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展
石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用研究进展结合当前利用石墨烯材料特殊二维结构、优良物理化学特性来改善锂离子电池较低能量密度、较差循环性能等缺陷的研究热点，综述石墨烯材料及石墨烯复合材料在锂离子电池负极材料中的应用研究进展，指出现有电极材料的缺陷和不足，讨论作为锂离子电池电极的石墨烯复合材料结构与功能调控的重要性，并简要评述石墨烯在相关领域中所面临的挑战和发展前景。
标签：石墨烯;锂离子电池;负极材料石墨烯是一种结构独特并且性能优异的新型材料，它是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层二维蜂窝状结构，被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨的基本结构单元[1，2]。
由于石墨烯具有高导电性、高导热性、高比表面积、高强度和刚度等诸多优良特性，在储能、光电器件、化学催化等诸多领域获得了广泛的应用，特别是在未来实现基于石墨烯材料的高能量密度、高功率密度应用有着非常重要的理论和工程价值。
理想的石墨烯是真正的表面性固体，其所有碳原子均暴露在表面，具有用作锂离子电池负极材料的独特优势：（1）石墨烯具有超大的比表面积，比表面积的增大可以降低电池极化，减少电池因极化造成的能量损失。
（2）石墨烯具有优良的导电和导热特性，即本身已具有了良好的电子传输通道，而良好的导热性确保了其在使用中的稳定性。
（3）在聚集形成的宏观电极材料中，石墨烯片层的尺度在微纳米量级，远小于体相石墨的，这使得Li+在石墨烯片层之间的扩散路径较短;而且片层间距也大于结晶性良好的石墨，更有利于Li+的扩散传输。
因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子电池功率性能的提高。
1 石墨烯直接作为锂离子电池负极材料商业化锂离子电池石墨负极的理论容量为372 mAh/g。
为实现锂离子电池的高功率密度和高能量密度，提高锂离子电池负极材料的容量是一个关键性问题。
无序或比表面积高的热还原石墨烯材料具有大量的微孔缺陷，能够提高可逆储锂容量。
因此，相对石墨材料，石墨烯的储锂优点有：（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，比容量可达到700～2000 mAh/g，远超过石墨材料的理论比容量372 mAh/g（LiC6）;（2）高充放电速率：多层石墨烯材料的面内结构与石墨的相同，但其层间距离要明显大于石墨的层间距，因而更有利于锂离子的快速嵌入和脱嵌。
石墨烯材料在锂离子电池中的应用
石墨烯材料在锂离子电池中的应用
石墨烯材料可以作为锂离子电池的负极材料。
传统锂离子电池的负极材料常采用石墨材料，但其容量有限，存在容量衰减和安全问题。
石墨烯材料由于其独特的二维结构和高度导电性，可以提供更高的比容量和更好的循环性能。
石墨烯负极还可以通过调控多孔结构增加锂离子的扩散速度，提高电池放电性能。
石墨烯材料还可用于锂离子电池的电解液中。
电解液是锂离子电池中起着电荷传递和离子输运的关键作用的部分。
加入石墨烯材料可以改善电解液的电导率、离子传输速率和电池的循环寿命。
石墨烯通过其高度的表面积和化学活性，可以增加电解液中锂离子与电解液的接触面积，提高离子的扩散速度和电池的性能。
石墨烯材料在锂离子电池中具有重要的应用潜力。
通过其优异的电化学性能和结构特性，石墨烯可以提高锂离子电池的能量密度、循环性能和安全性，为锂离子电池的进一步发展和应用提供了新的可能。
石墨烯在锂电池中的应用研究资料
石墨烯在锂电池中的应用研究资料石墨烯是一种由碳原子构成的单原子厚的二维材料，具有良好的导电性、热导性和力学性能，因此在电池领域具有广阔的应用前景。
本文将从石墨烯在锂电池正负极材料以及电解液中的应用角度，综述石墨烯在锂电池中的研究进展。
一、石墨烯在锂电池正极材料中的应用研究锂离子电池的正极材料主要有锂钴酸盐（LiCoO2）、锂铁磷酸盐（LiFePO4）等。
石墨烯在锂电池正极材料中的应用主要体现在两个方面：增强材料的导电性和改善电化学性能。
1.增强材料的导电性：石墨烯具有优异的电导率，将其与正极材料进行复合可以显著提高其导电性能。
例如，将石墨烯与LiCoO2进行复合制备出的复合材料可以提高锂离子的扩散速率和材料的导电性能，从而提高了锂电池的放电容量和循环寿命。
2.改善电化学性能：石墨烯与正极材料之间的复合可以提高材料的电化学性能。
石墨烯不仅可以增加正极材料的导电性，还可以改善其电化学反应的动力学过程，减小锂离子的插入／脱出电阻。
因此，利用石墨烯与正极材料的复合可以提高正极材料的容量、循环寿命和功率密度。
二、石墨烯在锂电池负极材料中的应用研究锂离子电池的负极材料主要有石墨等。
石墨烯在锂电池负极材料中的应用主要体现在以下几个方面：提高材料的电子传导性、增加锂离子的扩散速率、改善循环稳定性以及抑制锂金属的钝化现象。
1.提高电子传导性：石墨烯与石墨等负极材料的复合可以提高材料的电子传导性，从而降低电阻，改善电池的功率输出性能。
2.增加锂离子的扩散速率：石墨烯具有二维结构，可以提供更多的锂离子插入位点，增加锂离子的扩散速率，提高电池的充放电速度。
3.改善循环稳定性：石墨烯与石墨等负极材料的复合可以形成更稳定的结构，抑制材料的体积膨胀，从而提高电池的循环寿命。
4.抑制锂金属的钝化：在锂金属负极中加入石墨烯可以改善锂电池的充放电性能，减少锂金属负极表面的簧曲现象，提高电池的循环寿命。
三、石墨烯在锂电池电解液中的应用研究1.增加电解液的导电性：将石墨烯引入锂离子电池的电解液中可以提高电解液的导电性，减小电池的内阻，提高电池的放电容量和功率密度。
石墨烯的十大用途
石墨烯的十大用途
一、电子学领域
石墨烯在电子领域的用途是最明显的，它几乎可以在任何一个电子装
置中发挥作用，其应用的范围从电路器件到高频器件都能发挥重要的作用，从而使得电子设备的性能更加优异。
具体来说，石墨烯可以用于制造低阻
抗电路，高频电路，低损耗电路，高信噪比电路，还可以实现快速传输，
工作电流小，功耗低，可以制造可折叠、轻便、薄芯的灵敏传感器等，可
以大大缩短产品的规模和尺寸，降低电路板的复杂度，使用寿命更长，提
升电子装置的效能。
二、电池领域
石墨烯在电池领域的应用也非常广泛，它可以用于普通的锂离子电池，也可以用于锂硫、锂空气电池中，石墨烯能吸收高能量的电荷，在电池负
极的形成新的结构，改进电池的放电稳定性和容量，还可以降低电池的耐
久性，有利于把电池保护在一定的稳定状态，使用寿命更长。
三、燃料电池领域
石墨烯也可以用于燃料电池，由于其优异的热稳定性和优越的电导性，石墨烯可以有效提升燃料电池的功率和效率，进一步提高燃料电池的可靠
性及安全性，燃料电池可以用于太阳能、热能、水能等可再生能源的转换
和储存，以及汽车、船舶等的应用。
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石墨烯在锂离子电池中的应用碳材料因其具有独特的性质和优异的功能，被广泛应用于高温耐火材料，生物工程材料，核反应堆用结构材料，导电用炭材料，电极材料等高科技产业中的各个领域。
碳元素的存在形式多种多样，有零维纳米结构富勒烯，一维碳纳米管，三维结构的金刚石、石墨，以及近几年发现的二维结构石墨烯。
图1 0维、1维、2维和3维碳结构示意图2004年英国的两位科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫从石墨中剥离出石墨片，然后通过特殊的胶带分离法制得仅由一层碳原子构成的薄片——石墨烯。
它是一种新型二维碳质材料，具有超大的比表面积, 同时具有良好的导电性和导热性, 也是很有潜力的储能材料，因此成为物理、化学、材料领域的研究热点。
石墨烯的出现在科学界掀起了巨大的波澜，这种新材料的诞生最终使安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫获得2010年诺贝尔物理学奖。
1 石墨烯的结构和性质石墨烯是只有一个碳原子层厚度的石墨，具有理想的二维晶体结构，碳原子通过SP2杂化成键，与周围其他三个碳原子以C—C单键相连，同时每个碳原子剩有一个垂直于石墨烯平面的p电子，未成对的p电子在与平面垂直的方向形成π轨道，可以在石墨烯晶体结构中自由移动，从而使得石墨烯具有良好的导电性能。
图1.1 石墨烯结构示意图但是，二维晶体在热学上不稳定，透射电镜观察及电子衍射分析表明单层石墨烯并不是完全平整的，而是呈现出本征的微观的不平整，在平面方向发生角度弯曲。
扫描隧道显微镜观察表明纳米级别的褶皱出现在单层石墨烯表面及边缘。
这种褶皱起伏变化可以导致静电的产生，从而使得石墨烯在宏观易于聚集，很难以单片层存在。
石墨烯只有一个碳原子厚度，并且是己知材料中最薄的一种，然而却非常牢固坚硬，它比钻石还强硬，其强度比钢铁还高100倍。
石墨烯也是目前己知导电性能最出色的材料，其电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
此外，石墨烯还具有许多优异的性能:如较高的杨氏模量、热导率、较高的载流子迁移率、巨大的比表面积、铁磁性等等。
这些优越的性质及其特殊的二维结构使得科学家认为石墨烯拥有非常美好的发展前景。
其中在储能领域，石墨烯可以作为锂离子电池、超级电容器、太阳能电池和燃料电池等储能器件的电极材料。
2 石墨烯在锂离子电池中的应用石墨烯作为一种由石墨制备的新型碳质材料，单层或者薄层石墨（2～10层的多层石墨烯）在化学电源里的应用潜力也备受关注。
石墨烯是单层碳原子，上下表面均可以存储锂离子，本身可以作为锂离子电池负极材料；同时由于石墨烯的优异机械性能和导电性能，也常用来与其他负极材料复合，以改善电极性能。
2.1石墨烯负极材料近几年石墨烯作为锂离子电池负极材料的报道不断出现。
Guo等制备了氧化石墨，随后经高温处理合成石墨烯，并以其为锂离子电池负极材料进行电化学测试，结果显示其可逆容量为672mAh/g，且有较好的循环性能。
Wang等通过化学法合成了石墨烯纳米带，并将其作为锂离子电池负极材料，进行恒电流充放电循环性能测试，结果显示首次放电及充电容量分别为945mAh/g和650mAh/g，100次循环之后，比容量为460mAh/g。
Yoo等人用石墨烯作为锂离子二次电池负极材料，其比容量达到540mAh/g，如果在其中掺入C60和碳纳米管后，负极的比容量可以达到784mAh/g和730mAh/g。
究其原由可能与材料中石墨烯片层的排列方式没有优化有关。
有研究报道如果以石墨烯经压制形成的石墨烯纸作为锂离子电池负极材料时, 循环性能就不很理想，即首次循环之后, 比容量就下降到了100mAh/g以下(充放电电流密度50mA/g)。
这是因为材料中石墨烯片层的排列方式与片层结构与材料的电化学性能密切相关, 一种较理想的结构是石墨烯片层全都垂直于集流体排成阵列, 这种结构既减小了锂离子在石墨烯片层之间的扩散距离, 同时也使锂离子在石墨烯片层间的嵌入、脱出更加快速，但这种结构的构建比较困难。
石墨烯作为锂离子电池的电极时，充放电曲线呈现出渐升渐降的特征，并且没有出现明显的电压平台。
这是由于石墨烯所特有的炭微晶sp2域以及较高的比表面积，在锂离子的嵌脱过程中，锂离子从石墨微晶中发生脱嵌，其在充放电过程中没有明显的锂离子嵌入石墨层间形成LiC6阶层化合物的电压平台，而是呈现出渐升渐降的硬炭的电化学特征，并且存在电压滞后现象。
石墨烯与石墨充放电曲线对比如图2-1所示。
图2-1 （a）石墨充放电曲线；（b）石墨烯充放电曲线2.2 石墨烯基复合负极材料石墨烯具有优异的电化学性能，许多研究者希望通过石墨烯与其他材料复合达到在电化学等领域实际应用的目的。
金属元素铝、锡和铅以及它们的氧化物可以合金的形式储存锂离子，并且这些材料作为锂离子电池负极材料具有较高的充放电容量。
Crosnier等通过研究得到锡与锂的合金材料Li4.4Sn的理论电容量可达到990mAh/g，远高于传统锂离子电池负极材料石墨的理论容量372mAh/g。
然而由于锂离子在嵌入这些金属基的时候会发生明显的体积膨胀，以及合金中锂相的脆弱导致电极的开裂，使得这些材料的循环性能不够理想。
Paek等将石墨烯溶解在乙二醇中与金红石结构的纳米二氧化锡复合，形成多孔复合材料，将其作为电极进行电化学测试，结果表明该复合材料的可逆容量为810mAh/g，与纯纳米二氧化锡颗粒相比，循环性能得到明显改善,30次循环之后，充电容量为570mAh/g，可逆容量保持率为70%；而纯纳米二氧化锡颗粒首次充电比容量为550mAh/g，15次循环之后迅速衰减到60mAh/g。
这主要是因为纳米二氧化锡颗粒已完全插入石墨烯层与层之间的空间中，在循环过程中，当锂插入二氧化锡晶格中时，石墨烯稳定的骨架缓冲了二氧化锡晶格的体积膨胀，而石墨烯与二氧化锡颗粒之间的空隙恰好成了缓冲空间，这使得材料拥有好的循环性能。
Wang等合成了二氧化钛－石墨烯杂化材料，并测试了锂离子的插入性能，结果显示，杂化材料明显增强了锂离子在二氧化钛中的脱插能力，在高的充电速率下，其比容量是纯二氧化钛的２倍，这主要是由于石墨烯的存在明显改善了材料的电导率。
石墨烯具有特殊的原子结构和电子结构，使其在复合材料中也有一定的结构优势和性能优势。
在锂离子的脱插过程中，石墨烯稳定的骨架缓冲了金属氧化物晶格的膨胀，可以在一定程度上缓冲材料体积的伸缩，延长材料的循环寿命及增强其性能。
石墨烯基复合材料虽然目前尚处于研究阶段，但在锂离子电池负极材料中具有较好的应用前景。
3 石墨烯做锂离子电池负极材料的问题2.3.1 制备过程石墨烯片层极易堆积由于石墨烯单片之间具有较强的范德华力，在没有任何保护剂存在的条件下，石墨烯之间很容易发生团聚和堆砌，这对石墨烯的应用带来了一定的障碍。
研究表明，制备的石墨烯多为片状堆积，表面致密，层与层之间结合致密，这种结构将导致石墨烯与锂离子的有效接触面积减少，使锂离子的脱嵌变得比较困难。
特别是在多次充放电的过程中，层与层之间可能会更趋于致密堆积，嵌在其中的锂离子无法脱出成为死锂，从而导致电池容量下降。
虽然通过在石墨烯表面利用物理或化学作用引入分子，可以阻碍石墨烯单片之间的团聚，从而得到较为稳定的石墨烯，但表面引入分子同时降低了石墨烯优异的导电等性能。
2.3.2 石墨烯首次充放电库伦效率低石墨烯作为锂离子电池负极材料时，有一个明显的特点就是首次库伦效率较低，一般在70%左右，首次库伦效率低表明嵌入的锂离子只能部分脱出，直接导致正极材料活性下降，从而使电池达不到设计容量。
石墨烯首次库伦效率低可能有以下原因：（1）石墨烯特有的单层碳原子结构具有较大的比表面积，首次循环过程中将分解电解质，在石墨烯表面生成较厚的SEI膜，消耗电解质和正极材料中的锂离子，从而导致首次充放电库伦效率较低。
（2）首次循环有一定的电化学反应发生，但是在之后的循环并没有发现相对应的电化学过程，这表明首次充放电过程发生的电化学反应是不可逆的。
首次充放电造成石墨烯微观结构上产生了变化，石墨烯片层在范德华力作用下紧密堆积，造成物理结构非常致密。
石墨烯片层的堆积导致锂离子在大量嵌入石墨烯片层之后没有很好的途径实现脱嵌，造成首次库伦效率低。
（3）另一种可能是制备石墨稀的时候，未能将氧化石墨上的含氧基团完全还原，导致石墨片层上残留了一定量的含氧基团，锂离子和这些基团发生反应之后便无法脱嵌，造成了嵌锂容量较大但库伦效率较低的情况。
2.3.3 石墨烯循环性能差石墨烯首次库伦效率较低，但在充放电几次循环之后，充放电效率达到90%以上，并一直保持至50周，说明在充放电前几周之后建立了一个较稳定的锂离子嵌脱途径。
在经历过50次充放电测试之后，嵌锂容量下降幅度仍然较大，说明该材料的循环稳定性较差，可能是因为锂离子的重复嵌脱使得石墨烯片层结构更加致密，锂离子嵌脱难度加大而使得循环容量降低。
通常采用其他材料与石墨烯复合来改善石墨烯的循环性能。
2.3.4 石墨烯其他问题石墨烯特殊的结构使其具有较大的比表面积，较大的比表面积有利于材料电化学性能的发挥，但同时也会降低材料的振实密度，从而减小电池的能量密度。
此外，目前石墨烯的大规模制备和应用仍是世界难题，从而推高石墨烯的成本，目前石墨烯市场售价1000～5000元/克不等，是黄金价格的数倍，这也是限制石墨烯在锂离子电池领域的应用。
4 石墨烯在锂离子电池中应用总结石墨烯具有特殊的原子结构和电子结构，作为锂离子电池的电极主要有以下几个特点：（1）石墨烯具有优良的导电和导热特性,具有良好的电子传输通道, 而良好的导热性能也确保了其在使用中的稳定性；（2）石墨烯片层间距大于结晶性良好的石墨，使得锂离子在石墨烯片层之间的扩散通畅，有利于锂离子的扩散传输。
因此，石墨烯基电极材料同时具有良好的电子传输通道和离子传输通道，非常有利于锂离子电池功率性能的提高；（3）石墨烯是单层碳原子，上下表面均可以存储锂离子，并且由于制备过程中引入了缺陷、边缘悬挂键等，这些位置均可以存储锂离子，所以存储容量大大提高了；（4）嵌锂电位高，充放电曲线陡峭，没有明显的电压平台，存在电压滞后现象。
此外，石墨烯/金属(金属氧化物)复合材料作为锂离子电池负极材料也有一定的结构优势和性能优势。
在锂离子的脱插过程中，石墨烯稳定的骨架结构缓冲了金属氧化物晶格的膨胀，减少了锂离子脱插过程对材料晶格的破坏，从而延长材料的循环寿命；另一方面，网状结构的石墨烯在复合材料中起到导电网络的作用，极大的提供高了锂离子在材料的迁移速率，从而提高了材料的倍率性能。
但是，由于石墨烯研究时间短，属于新型材料体系，大量的问题还需要研究，目前在锂离子电池领域应用仍然存在一些问题：（1）石墨烯制备过程中片层容易堆积，降低了理论容量；（2）首次循环库伦效率较低，大量锂离子嵌入后无法脱出，降低电解质和正极材料的活性；（3）锂离子的重复嵌脱使得石墨烯片层结构更加致密，锂离子嵌脱难度加大而使得循环容量降低；（4）石墨烯振实密度较低，降低电池的功率密度；（5）大规模制备困难，价格昂贵。