3、石墨烯在锂离子电池中的应用
锂离子电池具有电压高、比能量高、无记忆效应、循环寿命长、无环境污染等特点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑和其它便携式电子设备中。碳/石墨材料是最早应用于锂离子电池的材料，也是目前已经商业化使用的负极材料，其价格便宜、来源丰富、能提供低而平稳的工作电压且性能稳定。但其比容量较小，每6个C与1个Li+形成LiC6结构存储Li+，理论比容量为372mA˙h/g。
为了满足对锂离子电池能量密度越来越高的要求，人们一直在尝试寻找新的电极材料。自石墨烯被成功制备以来，与石墨、炭黑、碳纳米管等其它碳基材料相比，其片层具有的柔性和可控性，为构筑新的纳米结构提供了机会，能够更有效地改善活性材料的电化学性能。石墨烯以无序松散的方式聚集，这种结构有利于Li+的插入，在片层两面都能储存Li+，形成Li2C6结构，理论容量（744mA˙h/g）明显提高。研究者通过分子轨道理论计算发现，0.7nm的石墨片层间距是储Li的最佳层间距，该层间距也能有效防止电解质进入片层间而发生形成SEI膜（固体电解质界面膜）的不可逆反应。同时，石墨烯自然聚集形成的皱褶表面也为Li+提供了额外的存储空间。此外，采用电导率很高的石墨烯作为锂离子电池负极材料时，Li+在石墨烯材料中的扩散路径比较短，可以很大程度地提高其倍率性能。
因此，石墨烯是一类具有应用前景的锂离子电池负极材料。但石墨烯负极材料受到首周库仑效率低、充放电平台较高等缺点的制约，导致其并不能替代传统石墨直接作为负极材料使用。如何有效地调控石墨烯的组装与立体结构，使其形成良好的电子与离子传输通道将是构建高性能电极材料的关键。与此同时，通过化学方法在石墨烯结构中引入其它的活性位点或活性物质，进而实现化学储锂与物理储锂的有机结合则是另一个有前景的研究方向。
许多金属和金属氧化物具有很高的理论比容量，是锂电池负极材料的研究热点。借助石墨烯的高电子导电性和高力学强度，将石墨烯与金属或金属氧化物复合，有望克服这类材料充放电过程中体积变化大和导电性差的缺点，实现锂离子电池负极材料的变革。石墨烯复合电极负极材料中，有关Sn、Sb、Si、Co3O4、Fe3O4、TiO2、SnO2、Mn3O4的研究成果显著。Sn的金属氧化物SnO2因具有较高的理论容量（790mA˙h/g）成为研究石墨烯包覆金属氧化物的热点材料之一。为了改善纳米颗粒在石墨烯表面的分散情况，Wang等利用SnCl2与氧化石墨烯之间的原位氧化还原反应，结合喷雾干燥法制备SnO2/石墨烯复合材料。通过该方法制备的石墨烯含量仅为2.4%（质量分数）的复合材料，具有良好的分散效果，在67mA/g电流密度下脱Li，比容量可稳定在840mA˙h/g。
