"石墨烯电池"存在吗？谈一谈石墨烯在锂离子电池上的使用前景

笔者认为，不应全盘否认石墨烯在锂电的使用前景，哪怕只能提升电池性能的3%-5%，依然值得研究。石墨烯将来有成本大幅下降的可能性，用于改善锂离子电池的性能将具备性价比。

2015年底，工信部等三部委联合出台《有关加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，新材料将纳入十三五国家战略性新兴产业发展规划，而石墨烯正是新材料范畴的重点发展对象。

与此同时，由于政策、补贴和资金等一系列因素的支持，以及技术进步和成本降低冲破了临界点，2015年我国新能源汽车及锂离子电池产业链迎来了爆发式上升。2015年各类EV和pHEV总产量超过30万台，带来了超过15GWh的动力锂离子电池需求量。

在此背景下，石墨烯作为一种洋溢想象力的材料，其在锂离子电池和新能源汽车范畴的使用就非常受人关注。以至于诸如《西班牙研发石墨烯电池8分钟将电动汽车洋溢电》、《韩国研发新型石墨烯电池电动汽车充电时间短至16秒》这种夸大其辞的新闻让非专业人士洋溢困惑。笔者下面将从石墨烯含义、加工办法、在锂离子电池范畴的使用等方面为读者理清概念，去伪存真。

1.什么是石墨烯和石墨烯微片?

维基百科对石墨烯的含义：石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，惟有一个碳原子厚度的二维材料。是目前发现的最薄、具有最大强度、弹性、最强导电导热性能的一种新型纳米材料，几乎完全透亮。

百度百科对石墨烯微片的含义：石墨烯微片(GrapheneNanoplatelets)是指碳层数多于10层、厚度在5-100纳米范围内的超薄的石墨烯层状堆积体。

因此，石墨烯厚度惟有一层碳原子，而石墨烯微片的碳层数多于10层。石墨烯微片不等于石墨烯，它的性能与真正意义上的石墨烯相差甚远。石墨烯是以面积来度量的，以千克乃至吨来度量产量的是石墨烯微片。科研机构、加工公司和投资者不应混淆这两个概念。

2.石墨烯要怎么样加工?

石墨烯的紧要加工办法有：机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、氧化-还原法、溶剂剥离法等。

大部分我国公司采用的氧化-还原法制备石墨烯，是由天然石墨经强酸氧化生成氧化石墨，经过超声分散制备成氧化石墨烯，然后加入还原剂后得到石墨烯。但该办法制备的石墨烯一般是多层石墨烯或者石墨微晶。

3.石墨烯在锂离子电池范畴的使用

锂电行业对石墨烯在锂离子电池的使用已经开展了许多研究，笔者依据公开文献资料整理如下。

石墨烯用于锂电正极材料：1.石墨烯对改善磷酸铁锂离子电池倍率性能的研究;2.与磷酸锰锂和磷酸钒锂复合提高循环性能的研究。

石墨烯用于锂电负极材料：1.石墨烯笔直作为锂离子电池负极;2.石墨烯/SnO2复合材料作为锂离子电池负极;石墨烯/Si复合材料作为锂离子电池负极;石墨烯与Fe2O3、TiO2、Co3O4等复合作为锂离子电池负极;3.负极导电添加剂。

无论是石墨烯改性正极材料还是与硅基、锡基材料以及过渡金属化合物形成复合材料方面的研究，结论声明石墨烯的加入可改善复合材料的电化学性能，但提升幅度有限。另一方面，从商用角度来看，考虑材料成本、出产工艺、批次稳定性等因素，石墨烯大规模使用于锂电洋溢了挑战。

笔者对石墨烯在锂离子电池的使用提出以下观点，与业界分享：

锂离子电池之所以能够在新能源汽车范畴取得主导地位，源于过去几十年继续改进技术，缓慢但不断地提高性能。每一次性能提升的幅度虽然不大，但量变积累起来引起质变，终于实现了电动汽车的初步实用化。

因此，石墨烯在锂电的使用前景不应全盘否认，石墨烯(包括石墨烯微片)在锂离子电池的使用依然值得研究，哪怕只能提升电池性能的3%-5%。

随着石墨烯在其他范畴使用研究的持续开展，以及制备技术的成熟，石墨烯将来有成本大幅下降的可能性。在此基础上，石墨烯用于提升锂离子电池的性能将具备性价比。

大部分类似于《西班牙研发石墨烯电池8分钟将电动汽车洋溢电》、《韩国研发新型石墨烯电池电动汽车充电时间短至16秒》之类的新闻，都是在试验室里特定的条件下实现的片面的性能，现阶段不具备工业化的可能性，由于技术变革和竞争，将来也很大概率不能实现工业化。

现有商品化的石墨烯电池只是在锂离子电池的基础上通过石墨烯改进性能。石墨烯电池的概念是不准确的，有误导之嫌。