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石墨烯是由英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫于2004年从石墨中成功分离出来的，它是世界上目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的纳米材料。石墨烯材料被发现后，许多锂电行业对石墨烯在锂电池里的应用展开了研究。在实验室中，人们分别将石墨烯运用于锂电池的正极材料和负极材料。据介绍，石墨烯材料运用于锂电池，能使电池的充电速度显著提升，比能量也增加不少，貌似能完全解决当前新能源汽车充电速度慢、续驶里程）不足的弊端。像2015年，华为瓦特实验室在日本第56届日本电池大会上发布了一项快充技术，这款3000mAh的石墨烯电池仅需5分钟，就可获得高达48%的电量。事实上，所谓的“石墨烯电池”，至今还没有线.价格昂贵。石墨烯在电池中的作用与现有的石墨一样，都是作为导电剂和电极嵌锂材料的形式存在的，但石墨烯需要从石墨中进行分离，产量和技术的因素，使石墨烯材料的价格比石墨要贵得多，说成千上万倍毫不为过。2.技术不够。虽然从理论上说，石墨烯材料作为导电剂能提高电池的倍率性能，可促进电池快充快放，但很可能因为分散工艺不到位造成混料不均匀，电池性能不但无法提高，反而会下降。3.工艺复杂。石墨烯材料电池的生产工艺非常复杂，批次的稳定性很差，而且后续污染问题也比锂电池更严重。比如石墨烯的生产就需要大量的硫酸，处理比较麻烦。因此，石墨烯电池虽然看起来很美好，但由于其工艺复杂、价格昂贵，所以实用性不强、性价比不高，加上其稳定性也不好，所以暂时无法取代锂电池成为电动汽车动力电池。
石墨烯被研究者和各大媒体誉为“新材料之王”，是人类已知强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳的新型纳米材料。石墨烯聚合电池，与锂电池相比，有着能量高、充电速率快等优点，如果能用作电动汽车充电电池，就可解决电动汽车续驶里程和充电速度的短板。2015年，华为瓦特实验室在日本第56届日本电池大会上展示了一款3000mAh的石墨烯电池仅需5分钟，就可获得高达48%的电量。按照研发石墨烯电池者的说法，石墨烯电池具有以下优势：1.能量密度高。据介绍，石墨烯电池的能量密度超过600wh/kg，储电量对当前能量密度最高的量产三元锂电池、磷酸铁锂电池呈碾压态势（目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右），如果用于电动汽车的线.充电时间短。单次完全充电仅需8分钟以内，而目前电动汽车使用直流快充的线.使用寿命长。使用寿命是传统氢化电池的四倍，锂电池的两倍。4.重量轻。重量仅为传统电池的一半，有助于车辆减重节能，增加电动汽车续驶里程。既然石墨烯电池这么好，为什么不实现量产，投入应用呢？原来还是技术惹的祸，也就是说，现有技术无法实现石墨烯电池的制造工艺。首先，全石墨烯电池成本十分高昂，而且制备难度大，几乎不可能量产。现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池，仅出现在概念阶段或实验室内。其次，石墨烯材料本身具有的能量密度等性质，与现在的锂离子电池工业的技术体系无法相容。第三，目前石墨烯在电池上的应用，主要是和硅结合。所谓的石墨烯电池，本质上还是属于锂电池。对锂离子电池来说，石墨烯作为碳基负极材料，是没有办法从根本上改变锂离子电池能量比数量级的。由于上述原因，石墨烯电池在近期是无法从实验室走出来，进入厂房实现量产的。不过，科技发展日新月异，或许，在未来，石墨烯电池的工艺难度会被攻克，造福人类。
先说原因，目前没有石墨烯电池。只有石墨烯添加剂的电池，优点是可以导热和导电，但不会对电池本质带来改变。下面稍微展开说一下石墨烯电池究竟是怎么一回事。现在的石墨烯电池，基本上就是在锂电池里掺入少量石墨烯。所以，基本就不存在什么石墨烯电池，只存在“掺/用了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池等”。所以，基本就不存在什么石墨烯电池，只存在“掺/用了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池等”。所以，现在的研究方向大部分还是，石墨烯用在锂电池上，究竟有没有前途这一方向。石墨烯的专利是很多，不过大部分都布局在了柔性器件半导体显示屏等方面，电池只占少数。但是仔细看看，大多专利里石墨烯只出现个三四次，你知道什么意思吗？就是只说某个东西可以加点这玩意进去，仅仅是提到，提到而已。而作为电池标杆的松下在这方面的专利就更少的可怜了。未来几年甚至十几年技术发展趋势的是添加新材料的锂电池，或者所谓的石墨烯基锂电池。锂电池在容量提升上目前比较困难，主要的技术进步在于高低温性能，比如不少锂电汽车在高温夏天和冬天低温容量减少和有效利用率降低。大容量的聚合物锂电池一般很难做到1C以上的电流充电，电池充电容易发热，电池膨胀率过大，存在安全隐患。可以加入石墨烯进行散热，但是真正实现“石墨烯电池”还有很长一段路要走。
近日，菲科斯公司推出了一款石墨烯电池汽车，非常吸引眼球。石墨烯电池技术汽车的出现，很大程度上会大大缓解纯电动汽车的所带来的充电时间问题以及满电状态下的行驶里程焦虑！不过目前市面上宣称的“石墨烯电池”是一个不准确的概念，准确的讲基本上都是在材料中加入一点石墨烯，以提高锂电池的部分性能，可以叫为石墨烯基锂离子电池。这一技术的最大特点就是能够大幅提高电池的热稳定性和使用寿命，要知道之前的锂电池在高温下工作不仅效率低，而且会极大地降低寿命。石墨烯，是由碳原子组成的单原子层平面薄膜，是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料，因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，使石墨烯成为了世界上导电性最好的材料。目前，几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料，在负极性能相似的情况下，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。由此可见，石墨烯在锂离子电池里面可能发挥作用的领域只有两个：直接用于负极材料和用于导电添加剂。但是使用石墨烯作为导电剂成本比普通的炭黑高很多，锂电池的成本是关键的控制因素，不降低原材料的成本，即使石墨烯电学性能再好，一吨几十万的成本消耗电池厂家也用不起。如果综合考量材料成本、生产工艺、加工性和电化学性能，其制造加工、应用效能等方面都问题重重。石墨烯可以作为锂电池的调味品，但是作为主材就不太合适了。因此，石墨烯电池替代锂电池成为电动汽车电池的可能性很小，产业化前景渺茫。 |
