石墨烯是一種擁有獨特結(jié)構(gòu)及優(yōu)異性能的新型材料，它為單原子層二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，被認為是富勒烯、碳納米管和石墨的基本結(jié)構(gòu)單元。零維富勒烯是由石墨烯彎曲成足球狀得到的，一維的碳納米管是由石墨烯卷曲而成，三維結(jié)構(gòu)的石墨則被認為是石墨烯片層的緊密堆疊。近年來關(guān)于石墨烯的理論研究、實驗制備及應(yīng)用等方面已成為國內(nèi)外研究的熱點。由于石墨烯具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、高比表面積、高強度和剛度等諸多優(yōu)良特性，在儲能、光電器件、化學(xué)催化等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，其中在鋰離子電池領(lǐng)域尤為突出。鋰離子電池是迄今為止比能量最高的二次電池，具有最好的綜合性能，已成為便攜式電子設(shè)備和動力電源的首選，特別是后者，對鋰離子電池的能量密度、功率密度提出了更高的要求。石墨烯的出現(xiàn)為鋰離子電池高性能的突破帶來了可能，從而為高容量、高倍率、長壽命的鋰離子電池材料的研究掀起新一輪的研究熱潮。

目前，高容量型鋰離子電池負極材料有Sn基、Si基、Al基及氧化物（如Co3O4、Fe2O3等），它們存在的問題是隨著鋰反復(fù)的嵌入與脫出，電極在充放電過程中體積變化較大，活性材料剝落而使電極與活性物質(zhì)間失去電接觸，導(dǎo)致電極粉化失效，表現(xiàn)出較差的循環(huán)性能，難以在實際中獲得應(yīng)用。由于石墨烯具有較高的導(dǎo)電性，在充放電過程中體積變化很小，能夠顯著改善負極的電化學(xué)性能。本文就石墨烯的制備方法以及石墨烯基復(fù)合負極材料的研究進展進行了綜述。

1.石墨烯的制備方法

自從2004 年Geim 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用微機械剝離法制備出了單層的石墨烯，這一歷史性突破立即引起了全世界范圍內(nèi)研究者的關(guān)注，對其制備方法的研究更可謂層出不窮。由于其奇特的性質(zhì)和近乎完美的結(jié)構(gòu)特征，專家預(yù)測它的研究可能會在很多領(lǐng)域內(nèi)引起革命性的進展。迄今為止，石墨烯的制備方法已有很多，主要包括機械剝離法、外延晶體生長法、加熱SiC法、化學(xué)氣相沉積法、石墨插層法、氧化石墨還原法，最新的還有微波法、靜電沉積法等。

1.1 物理方法

1.1.1 機械剝離法

機械剝離法是用機械力從熱解石墨表面剝離出石墨烯。首先利用離子束在高定向熱解石墨表面進行離子刻蝕。在表面刻蝕一個微槽，接著在上面貼上光刻膠；然后烘焙，用透明膠帶反復(fù)撕揭，再將高定向石墨的多余部分取出；隨后將石墨片放入丙酮溶液中洗去；最后將石墨放入丙醇中做超聲處理，將單層石墨烯“撈出”。該法的優(yōu)點是所得產(chǎn)物可以保持較完美的晶體結(jié)構(gòu)，缺陷含量較低。缺點是效率較低。

1.1.2 碳化硅外延生長法

該法是用電子轟擊加熱的方法對經(jīng)氧化或H2刻蝕處理的SiC單晶片以除去氧化物。再用高溫將其表面層中的Si原子蒸發(fā)，表面剩余的碳原子會發(fā)生重構(gòu)，即可在SiC單晶表面生長石墨烯。將樣品加熱至溫度升高到1250~1450℃后恒溫1~20 min，得到極薄的石墨層。該法在技術(shù)上有一定優(yōu)勢，可得到單層或少數(shù)層較為理想的石墨烯，但缺點是可控性差，產(chǎn)生的缺陷難以控制，要制備單一厚度、大面積的石墨烯比較困難。

1.1.3 取向附生法

Shi等利用生長基質(zhì)原子結(jié)構(gòu)的方法“種”出石墨烯。具體步驟為：讓碳原子滲入釕（2550℃），然后冷卻（到2310℃），則大量被吸收的碳原子會浮到釕表面，單層碳原子充斥整個釕表面，最終長成完整的一層石墨烯。當(dāng)覆蓋80%后，第二層便開始生長，底層的石墨烯與釕產(chǎn)生交互作用，此時這層會與釕完全分離，只剩弱點耦合。得到的單層石墨烯具有較好的電學(xué)性質(zhì)，而且石墨烯在生長過程中會表現(xiàn)出自限制生長模式。這種方法的缺點是所得石墨烯片層厚度不均，石墨烯和基質(zhì)之間的黏合可能影響碳層特性。

1.2 化學(xué)法

1.2.1 化學(xué)氣相沉積法

CVD 法提供了一種可控制備石墨烯的有效方法：將平面基底置于高溫可分解的前驅(qū)體氣氛中，再進行高溫退火使碳原子沉積在基底表面得到獨立的石墨烯片。此方法最大的優(yōu)點是可制備出大面積的石墨烯，生產(chǎn)工藝比較完善。但它仍有不足之處，使用這種方法得到的石墨烯，在某些性能上可以與機械剝離法制備的石墨烯相比，但缺乏后者所具有的另一些屬性，它制備所得石墨烯的電子性質(zhì)受襯底的影響很大。

1.2.2 石墨插層法

石墨插層法以天然鱗片石墨為原料，將插入物質(zhì)與石墨混合得到石墨烯。在石墨層與層之間插入一些非碳質(zhì)的原子、分子或原子團后形成新的層狀化合物。插入物質(zhì)會削弱石墨層間的作用力，所以要進行超聲和離心處理才可得到石墨烯片。此法得到的石墨片厚度最小只能達到幾十納米，這主要是因為制備的不可控性，無法保證充分有效的插層，從而對進一步的剝離產(chǎn)生影響。而且加入的強酸強堿等插層物質(zhì)會破壞石墨烯的sp2 結(jié)構(gòu)，影響其物理和化學(xué)性能。

1.2.3 氧化石墨的熱膨脹法和還原法

這是最有可能實現(xiàn)石墨烯規(guī)?；苽涞姆椒?。該法把鱗片石墨經(jīng)過一系列氧化反應(yīng)獲得氧化石墨，再還原得到石墨烯。此法可制備大量廉價的石墨烯材料，這歸因于石墨與強氧化劑發(fā)生反應(yīng)會使石墨層間距加大而成為氧化石墨。這種方法簡便且成本較低，可以制備出大量石墨烯。但缺點是經(jīng)強氧化劑氧化過的石墨不一定能夠完全還原，使其導(dǎo)電性能損失很大。