鉅大LARGE | 點擊量：491次 | 2022年11月22日
石墨烯作鋰電池負極材料將面對的一些問題
近幾年來，石墨烯這種獲過諾獎的材料一直廣受社會關注，在相關媒體上也充滿了各種石墨烯電池等方面的新聞。
廣大群眾此時可能會好奇:石墨烯這種材料到底有多少用處，能不能依靠它來解決目前材料、電池等方面遇到的一系列技術瓶頸，幫助電動汽車、儲能等行業實現飛躍?下面涂布在線結合實際給出了正確的答案!
1.成本問題
傳統導電炭黑和石墨都是論噸賣的(一噸幾萬元)，論克賣的石墨烯哪天能降到這個價?即使按照某些媒體報道的石墨烯降低到3元/克，換算成噸也要300萬元/噸。要知道，現在鋰電池用的各種材料，都是一噸幾萬十萬左右的東西，而且天天承受著社會各界要求降價的壓力，用石墨烯替代完全不現實。
如果還能再便宜點，也有企業聲稱自己的石墨烯可以逼近一般炭黑和石墨的價格，其實此時使用的材料就是石墨微片(可能有幾十層)，根本不是單層或數層的石墨烯。此時廠商出現的問題就是虛假宣傳炒作概念，有違誠信欺瞞國家政府以及廣大納稅人。
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%
2.工藝特性不兼容
就是石墨烯比表面積過大，會對現有鋰離子電池的分散均漿等工序帶來一大堆工藝問題。如果電池廠調工藝會累死，又沒有性能指標突破性進步帶來的足夠的利潤空間驅動，誰愿意上這個技術?石墨烯表面特性受化學狀態影響巨大，批次穩定性，循環壽命等等都有很多問題，目前來看無法滿足鋰電池生產的一堆細致的要求。
關于石墨烯對于調漿實際工藝的影響，有OakRidgeNaTIonalLaboratory與Vorbeck(有名的石墨烯業內廠商)的披露的研究成果，他們發現石墨烯對于漿料的工藝的性能有很消極的影響，如下圖所示:
石墨烯作鋰電池負極材料面臨哪些問題01.jpg
即使以上問題都得到了解決，還有下面的問題存在。
3.效率低
如果石墨烯做負極:理論上最多是石墨負極兩倍的容量，首次效率低，性能受表面狀態影響極大。
4.石墨烯做導電劑價格昂貴
石墨烯是可以做導電劑促進快充放，理論上可以提高倍率性能，但是如果分散工藝不到位混料不均，一切都是空中樓閣;另外碳家族物美價廉的材料多的很，并不存在非要使用價格昂貴的石墨烯的理由;并且而且石墨烯是2D材料，如果把它展開與電極活性物質復合，會堵塞鋰離子擴散的通道。因此真要是投入實用，到底有利還是有害，其實不太好說。
涂布在線再說一點題外話:石墨烯只是納米材料的一種，在過去的十幾年中，納米材料科研界常常過分傾向于造噱頭和灌水，工作的可重復性常常都很差，所做技術與實用化目標脫節十分嚴重，這一現象已經廣受科研界中的一部分有識之士，以及工業界的詬病。
比如鋰電泰斗Goodenough、Mauger、Julien教授就曾經質疑過MIT的磷酸鐵鋰快充的工作Batterymaterialsforultrafastginganddisging，發表了文章UnsupportedclaimsofultrafastgingofLiFePO4Li-ionbatteries(幾十C的快充，對應時間為幾分鐘充放電)，認為這些成果最多也就是在概念上可行而已。
很多納米材料的優良性能僅僅體現在實驗室級別的克甚至微克級產能，在放大規模化生產的前景方面很多都存在先天不足的缺陷，與現有工業中的許多基于微米級材料發展得來的技術從根本上不兼容。
而且納米材料常常是只能以低維材料形式存在/使用，無法真正地應用在實際宏觀三維的用途之中。筆者建議政府應該從政策導向上，更多推動具有工業化前景的技術的開發，加大對于中試項目的扶持，從而達到選賢任能的目的，讓科研更好地促進工業技術的進步。
5.石墨烯功能涂層鋁箔成本高
至于石墨烯功能涂層鋁箔:其實際性能跟普通碳涂覆鋁箔(A123聯合漢高開發)并無多少提高，反倒是成本和工藝復雜程度增加不少，該技術商業化的可能性很低。
總之，石墨烯用做鋰離子電池負極材料，相對于傳統炭系材料并無性能上的明顯優勢，而且納米材料應用困難，成本高昂，發展前景堪憂。
