石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料,具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2/g）、高導(dǎo)熱係數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導(dǎo)電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機(jī)械性能，被作為鋰電池負(fù)極材料而備受關(guān)注。
從第一性原理出發(fā),研究了石墨嵌鋰後的幾何構(gòu)型和嵌鋰石墨的電壓平臺。計(jì)算表明,鋰嵌入石墨中合適的六元環(huán)中心位置時(shí),只引起石墨層間距的整體變化,而不引起石墨原子層內(nèi)變化,保留了石墨的優(yōu)良性能,該結(jié)構(gòu)模型能很好地類比真實(shí)的結(jié)構(gòu)。化學(xué)家計(jì)算了一階和二階嵌鋰石墨的電壓平臺,它們分別為0.081V和0.138V,這與0.085V和0.100V的實(shí)驗(yàn)值符合得比較好。
而石墨烯直接作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，研究者採用水合肼(N2H4?H2O)作為還原劑、製備了叢林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和軟碳特性，且在高於0.5V電壓區(qū)間，表現(xiàn)出電容器的特性。石墨烯負(fù)極材料在1C放電倍率下,首次可逆容量為650mAh/g，100次充放電迴圈後容量仍可達(dá)到460mAh/g。
石墨烯還可作為導(dǎo)電劑，與其他負(fù)極材料複合，提高負(fù)極材料的電化學(xué)性能。如Zai等採用超聲分散法製備了Fe3O4/石墨烯複合材料，在200mA/g的電流密度下放電，經(jīng)過50次迴圈後，容量為1235mAh/g；在5000和10000mA/g電流密度下放電，經(jīng)過700次迴圈後，容量分別能達(dá)到450mAh/g和315mAh/g，表現(xiàn)出較高的容量和良好的迴圈性能。
石墨烯具有較大比表面積、高的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在新型鋰離子電池中具有潛在的應(yīng)用。
