石墨烯作锂离子电池负极材料会面对什么问题?

近几年来，石墨烯这种获过诺奖的材料一直广受社会关注，在相关媒体上也充满了各种"石墨烯电池"等方面的新闻。

 

广大群众此时可能会好奇:石墨烯这种材料到底有多少用处，能不能依靠它来解决目前材料、电池等方面遇到的一系列技术瓶颈，帮助电动汽车、储能等行业实现飞跃?下面涂布在线结合实际给出了正确的答案!

 

1.成本问题

 

传统导电炭黑和石墨都是论吨卖的(一吨几万元)，论克卖的石墨烯哪天能降到这个价?即使按照某些媒体报道的石墨烯降低到3元/克，换算成吨也要300万元/吨。要知道，现在锂电池用的各种材料，都是一吨几万十万左右的东西，而且天天承受着社会各界要求降价的压力，用石墨烯替代完全不现实。

 

如果还能再便宜点，也有企业声称自己的石墨烯可以逼近一般炭黑和石墨的价格，其实此时使用的材料就是石墨微片(可能有几十层)，根本不是单层或数层的石墨烯。此时厂商出现的问题就是虚假宣传炒作概念，有违诚信欺瞒国家政府以及广大纳税人。

 

2.工艺特性不兼容

 

就是石墨烯比表面积过大，会对现有锂离子电池的分散均浆等工序带来一大堆工艺问题。如果电池厂调工艺会累死，又没有性能指标突破性进步带来的足够的利润空间驱动，谁愿意上这个技术?石墨烯表面特性受化学状态影响巨大，批次稳定性，循环寿命等等都有很多问题，目前来看无法满足锂电池生产的一堆细致的要求。

 

关于石墨烯对于调浆实际工艺的影响，有OakRidgeNaTIonalLaboratory与Vorbeck(有名的石墨烯业内厂商)的披露的研究成果，他们发现石墨烯对于浆料的工艺的性能有很消极的影响，如下图所示:

 

石墨烯作锂电池负极材料面临哪些问题01.jpg

 

即使以上问题都得到了解决，还有下面的问题存在。

 

3.效率低

 

如果石墨烯做负极:理论上最多是石墨负极两倍的容量，首次效率低，性能受表面状态影响极大。

 

4.石墨烯做导电剂价格昂贵

 

石墨烯是可以做导电剂促进快充放，理论上可以提高倍率性能，但是如果分散工艺不到位混料不均，一切都是空中楼阁;另外碳家族物美价廉的材料多的很，并不存在非要使用价格昂贵的石墨烯的理由;并且而且石墨烯是2D材料，如果把它展开与电极活性物质复合，会堵塞锂离子扩散的通道。因此真要是投入实用，到底有利还是有害，其实不太好说。

 

涂布在线再说一点题外话:石墨烯只是纳米材料的一种，在过去的十几年中，纳米材料科研界常常过分倾向于造噱头和"灌水"，工作的可重复性常常都很差，所做技术与实用化目标脱节十分严重，这一现象已经广受科研界中的一部分有识之士，以及工业界的诟病。

 

比如锂电泰斗Goodenough、Mauger、Julien教授就曾经质疑过MIT的磷酸铁锂快充的工作Batterymaterialsforultrafastginganddisging，发表了文章UnsupportedclaimsofultrafastgingofLiFePO4Li-ionbatteries(几十C的快充，对应时间为几分钟充放电)，认为这些成果最多也就是在概念上可行而已。

 

很多纳米材料的优良性能仅仅体现在实验室级别的克甚至微克级产能，在放大规模化生产的前景方面很多都存在先天不足的缺陷，与现有工业中的许多基于微米级材料发展得来的技术从根本上不兼容。

 

而且纳米材料常常是只能以低维材料形式存在/使用，无法真正地应用在实际宏观三维的用途之中。笔者建议政府应该从政策导向上，更多推动具有工业化前景的技术的开发，加大对于中试项目的扶持，从而达到选贤任能的目的，让科研更好地促进工业技术的进步。

 

5.石墨烯功能涂层铝箔成本高

 

至于石墨烯功能涂层铝箔:其实际性能跟普通碳涂覆铝箔(A123联合汉高开发)并无多少提高，反倒是成本和工艺复杂程度增加不少，该技术商业化的可能性很低。

 

总之，石墨烯用做锂离子电池负极材料，相对于传统炭系材料并无性能上的明显优势，而且纳米材料应用困难，成本高昂，发展前景堪忧。

 

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