石墨烯在鋰電池上的應(yīng)用前景渺茫

　　用作導(dǎo)電劑無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)

　　我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)石墨烯用于導(dǎo)電劑的可能性，現(xiàn)在鋰電常用的導(dǎo)電劑有導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、科琴黑，SuperP等，現(xiàn)在也有電池廠家在動(dòng)力電池上開(kāi)始使用碳纖維(VGCF)和碳納米管(CNT)作為導(dǎo)電劑。

　　石墨烯用作導(dǎo)電劑的原理是其二維高比表面積的特殊結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的優(yōu)異的電子傳輸能力。從目前積累的測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，VGCF、CNT以及石墨烯在倍率性能方面都比SuperP都有一定提高，但這三者之間在電化學(xué)性能提升程度上的差異很小，石墨烯并未顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　那么，添加石墨烯有可能讓電極材料性能爆發(fā)嗎?答案是否定的。以iPhone手機(jī)電池為例，其電池容量的提升主要是由于LCO工作電壓提升的結(jié)果，將上限充電電壓從4.2V提升到目前i-Phone6上的4.35V，使得LCO的容量從145mAh/g逐步提高到160-170mAh/g(高壓LCO必須經(jīng)過(guò)體相摻雜和表面包覆等改性措施)，這些提高都跟石墨烯無(wú)關(guān)。

　　也就是說(shuō)，如果你用了截止電壓4.35V容量170mAh/g的高壓鈷酸鋰，你加多少石墨烯都不可能把鈷酸鋰的容量提高到180mAh/g，更別說(shuō)動(dòng)不動(dòng)就提高幾倍容量的所謂“石墨烯電池”了。添加石墨烯有可能提高電池循環(huán)壽命嗎?這也是不可能的。石墨烯的比表面積比CNT更大，添加在負(fù)極只能形成更多的SEI而消耗鋰離子，所以CNT和石墨烯一般只能添加在正極用來(lái)改善倍率和低溫性能。

　　但是，石墨烯表面豐富的官能團(tuán)就是石墨烯表面的小傷口，添加過(guò)多不僅會(huì)降低電池能量密度，而且會(huì)增加電解液吸液量，另外一方面還會(huì)增加與電解液的副反應(yīng)而影響循環(huán)性，甚至有可能帶來(lái)安全性問(wèn)題。那么成本方面呢?目前石墨烯的生產(chǎn)成本極其昂貴，而市場(chǎng)上所謂的廉價(jià)“石墨烯”產(chǎn)品基本上都是氧化石墨烯。

　　即便是氧化石墨烯成本也高于CNT，而CNT的成本又比VGCF高。而且在分散性和加工性方面，VGCF比CNT和石墨烯更容易操作，這正是為什么昭和電工的VGCF正逐漸打入動(dòng)力電池市場(chǎng)的主要原因。可見(jiàn)石墨烯在用作導(dǎo)電添加劑方面，目前跟CNT和VGCF在性價(jià)比方面并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)可言。

　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)石墨烯的火熱形勢(shì)，讓筆者聯(lián)想到了十幾年前的碳納米管(CNT)。如果對(duì)比石墨烯和CNT，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩者有著驚人的相似之處，都具有很多幾乎完全一樣的“奇特的性能”，當(dāng)年CNT的這些“神奇的性能”現(xiàn)在是完全套用在了石墨烯身上。CNT是在上世紀(jì)末開(kāi)始在國(guó)際上火熱起來(lái)的，2000-2005年之間達(dá)到高潮。CNT據(jù)說(shuō)功能非常之多，在鋰電領(lǐng)域也有很多“獨(dú)特性能”。

　　但是二十多年過(guò)去了，至今也沒(méi)看到CNT的這些“奇特的性能”在什么領(lǐng)域有實(shí)實(shí)在在的規(guī)模化應(yīng)用。在鋰電方面，CNT也僅僅是用作正極導(dǎo)電劑這兩年在LFP動(dòng)力電池里面開(kāi)始了小規(guī)模的試用(性價(jià)比仍不及VGCF)，而LFP動(dòng)力電池已經(jīng)注定不可能成為電動(dòng)汽車主流技術(shù)路線。

　　相比于CNT，石墨烯在電化學(xué)性能方面與之非常相似并無(wú)任何特殊之處，反倒是生產(chǎn)成本更高，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境污染更加嚴(yán)重，實(shí)際操作和加工性能更加困難。根據(jù)自己多年的鋰電研發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，筆者并不認(rèn)為石墨烯會(huì)在鋰離子電池領(lǐng)域有多少實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，當(dāng)前所謂的“石墨烯電池”純屬炒作。對(duì)比CNT和石墨烯，筆者要說(shuō)的是“歷史總是何其相似”!