鉅大LARGE | 點擊量：1050次 | 2021年08月08日
“石墨烯電池”存在嗎？談一談石墨烯在鋰離子電池上的使用前景
筆者認為，不應全盤否認石墨烯在鋰電的使用前景，哪怕只能提升電池性能的3%-5%，依然值得研究。石墨烯將來有成本大幅下降的可能性，用于改善鋰離子電池的性能將具備性價比。
2015年底，工信部等三部委聯合出臺《有關加快石墨烯產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見》，新材料將納入十三五國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，而石墨烯正是新材料范疇的重點發(fā)展對象。
與此同時，由于政策、補貼和資金等一系列因素的支持，以及技術進步和成本降低沖破了臨界點，2015年我國新能源汽車及鋰離子電池產業(yè)鏈迎來了爆發(fā)式上升。2015年各類EV和pHEV總產量超過30萬臺，帶來了超過15GWh的動力鋰離子電池需求量。
在此背景下，石墨烯作為一種洋溢想象力的材料，其在鋰離子電池和新能源汽車范疇的使用就非常受人關注。以至于諸如《西班牙研發(fā)石墨烯電池8分鐘將電動汽車洋溢電》、《韓國研發(fā)新型石墨烯電池電動汽車充電時間短至16秒》這種夸大其辭的新聞讓非專業(yè)人士洋溢困惑。筆者下面將從石墨烯含義、加工辦法、在鋰離子電池范疇的使用等方面為讀者理清概念，去偽存真。
1.什么是石墨烯和石墨烯微片?
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
維基百科對石墨烯的含義：石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，惟有一個碳原子厚度的二維材料。是目前發(fā)現的最薄、具有最大強度、彈性、最強導電導熱性能的一種新型納米材料，幾乎完全透亮。
百度百科對石墨烯微片的含義：石墨烯微片(GrapheneNanoplatelets)是指碳層數多于10層、厚度在5-100納米范圍內的超薄的石墨烯層狀堆積體。
因此，石墨烯厚度惟有一層碳原子，而石墨烯微片的碳層數多于10層。石墨烯微片不等于石墨烯，它的性能與真正意義上的石墨烯相差甚遠。石墨烯是以面積來度量的，以千克乃至噸來度量產量的是石墨烯微片。科研機構、加工公司和投資者不應混淆這兩個概念。
2.石墨烯要怎么樣加工?
石墨烯的緊要加工辦法有：機械剝離法、化學氣相沉積法(CVD)、氧化-還原法、溶劑剝離法等。
大部分我國公司采用的氧化-還原法制備石墨烯，是由天然石墨經強酸氧化生成氧化石墨，經過超聲分散制備成氧化石墨烯，然后加入還原劑后得到石墨烯。但該辦法制備的石墨烯一般是多層石墨烯或者石墨微晶。
3.石墨烯在鋰離子電池范疇的使用
鋰電行業(yè)對石墨烯在鋰離子電池的使用已經開展了許多研究，筆者依據公開文獻資料整理如下。
石墨烯用于鋰電正極材料：1.石墨烯對改善磷酸鐵鋰離子電池倍率性能的研究;2.與磷酸錳鋰和磷酸釩鋰復合提高循環(huán)性能的研究。
石墨烯用于鋰電負極材料：1.石墨烯筆直作為鋰離子電池負極;2.石墨烯/SnO2復合材料作為鋰離子電池負極;石墨烯/Si復合材料作為鋰離子電池負極;石墨烯與Fe2O3、TiO2、Co3O4等復合作為鋰離子電池負極;3.負極導電添加劑。
無論是石墨烯改性正極材料還是與硅基、錫基材料以及過渡金屬化合物形成復合材料方面的研究，結論聲明石墨烯的加入可改善復合材料的電化學性能，但提升幅度有限。另一方面，從商用角度來看，考慮材料成本、出產工藝、批次穩(wěn)定性等因素，石墨烯大規(guī)模使用于鋰電洋溢了挑戰(zhàn)。
筆者對石墨烯在鋰離子電池的使用提出以下觀點，與業(yè)界分享：
鋰離子電池之所以能夠在新能源汽車范疇取得主導地位，源于過去幾十年繼續(xù)改進技術，緩慢但不斷地提高性能。每一次性能提升的幅度雖然不大，但量變積累起來引起質變，終于實現了電動汽車的初步實用化。
因此，石墨烯在鋰電的使用前景不應全盤否認，石墨烯(包括石墨烯微片)在鋰離子電池的使用依然值得研究，哪怕只能提升電池性能的3%-5%。
隨著石墨烯在其他范疇使用研究的持續(xù)開展，以及制備技術的成熟，石墨烯將來有成本大幅下降的可能性。在此基礎上，石墨烯用于提升鋰離子電池的性能將具備性價比。
大部分類似于《西班牙研發(fā)石墨烯電池8分鐘將電動汽車洋溢電》、《韓國研發(fā)新型石墨烯電池電動汽車充電時間短至16秒》之類的新聞，都是在試驗室里特定的條件下實現的片面的性能，現階段不具備工業(yè)化的可能性，由于技術變革和競爭，將來也很大概率不能實現工業(yè)化。
現有商品化的石墨烯電池只是在鋰離子電池的基礎上通過石墨烯改進性能。石墨烯電池的概念是不準確的，有誤導之嫌。
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