2004年，Geim等使用將膠帶粘在一塊石墨上然后再撕下來的簡單方法，首次制備并觀察到單層石墨烯，掀起了石墨烯材料的研究熱潮。石墨烯具有理想的單原子層二維晶體結(jié)構(gòu)，由六邊形晶格組成，這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯材料獨特的熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)性能。目前，已經(jīng)有研究嘗試將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池電極材料、超級電容器、太陽能電池電極材料、儲氫材料、傳感器、光學(xué)材料、藥物載體等方面，展示了石墨烯材料廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯材料的制備方法較多，包括機械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長法、化學(xué)氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。

鋰離子電池具有工作電壓高、重量輕、能量密度大、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，是移動電子設(shè)備、電動汽車等產(chǎn)業(yè)的理想電源。目前，商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨化的碳材料，而石墨烯正是一類性能良好的新型碳材料。石墨烯具有比表面積大、導(dǎo)電性好、機械強度高等優(yōu)點，有利于提高鋰離子電池的儲鋰性能。研究表明，單純的石墨烯納米片材料具有

良好的儲鋰性能。同時，石墨烯還可作為基體，通過負(fù)載金屬或者金屬氧化物，得到性能優(yōu)越的復(fù)合電極材料。

日常使用的鉛筆筆芯就是由石墨制成的，而石墨由無數(shù)片只有碳原子厚度“石墨烯”薄片組成。當(dāng)使用鉛筆書寫或者涂抹時，層狀石墨層容易被剝離，形成石墨薄片，這些石墨薄片中存在很多石墨烯納米片。本研究通過鉛筆在銅片上涂抹的方法制備石墨片材料。該方法屬于物理剝離法，方法簡便新穎，具有一定的創(chuàng)新性。并且將涂抹制備的石墨片材料作為鋰離子電池負(fù)極材料進行電化學(xué)測試，初步研究其儲鋰性能。

1.  實驗過程

1.1  石墨片的制備和表征

本研究通過涂抹制備石墨納米片。將商業(yè)6B石墨鉛筆在經(jīng)預(yù)處理的銅片表面均勻涂抹，使銅片表面覆蓋一層黑色固體材料，該材料即為石墨納米片，前后銅片的重量差即為電極材料重量。另外，截取少量6B鉛筆的筆芯置于瑪瑙碾缽中，手工碾磨成粉末狀鉛筆芯石墨材料，作為對比物。對上述制備的材料進行X-射線粉末衍射、場發(fā)射掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡測試，來表征材料的結(jié)構(gòu)和形貌特征。

1.2  材料的電化學(xué)測試

將覆蓋石墨片材料的銅片（無需添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑）直接做為鋰離子電池的負(fù)極，以金屬鋰片為對電極和參比電極，以Celgard 2400多孔聚丙烯膜為隔膜，以1mol/L的LiPF6為電解液，其中電解液溶劑為碳酸乙烯酯（ethylene carbonate，DEC）和碳酸二乙酯（diethyl carbonate， DEC）的混合溶劑（EC和DEC的質(zhì)量比為1：1）。在手套箱中裝配成電池后，在電池測試儀（武漢金諾，Land CT2001A）上進行恒電流充放電測試，電壓窗口設(shè)為5mV～3V，電流密度為0.1C（1C＝372Ma/g）。將碾磨制備的鉛筆芯石墨材料與粘結(jié)劑聚偏氟乙烯（PVDF）按90:10的質(zhì)量比混合，攪拌均勻后涂抹于銅片上，將此作為鋰離子電池的負(fù)極。在手套箱中裝配成電池后，在相同條件下進行電化學(xué)儲鋰性能測試。

2.  結(jié)束語

本研究以商業(yè)6B石墨鉛筆的筆芯為原料，通過簡單涂抹的方法成功制備石墨納米片材料，并初步研究了其儲鋰性能。涂抹制備的石墨片材料經(jīng)過掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡表征，證明材料具有二維納米片狀結(jié)構(gòu)。在0.1C（1C=372mA/g）的電流密度下，對鉛筆涂抹制備的石墨片材料和鉛筆芯直接碾磨制備的石墨材料同時進行電化學(xué)性能測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，石墨片材料的首次可逆重量比容量為402mA·h/g，高于石墨材料的可逆重量比容量（307mA·h/g）和碳材料的理論比容量（372mA·h/g）．電化學(xué)測試結(jié)果表明，石墨片和石墨材料都具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，且前者的比容量明顯高于后者。石墨片材料具有二維片狀納米結(jié)構(gòu)，嵌鋰反應(yīng)可發(fā)生在石墨納米片的正反兩面和側(cè)面。同時因為石墨片還具有導(dǎo)電性好、鋰離子的擴散路徑較短等特點，所以石墨片材料具有較好的儲鋰性能。