石墨烯在鋰電池上的應用前景渺茫

　　用作導電劑無明顯優(yōu)勢

　　我們再來說說石墨烯用于導電劑的可能性，現(xiàn)在鋰電常用的導電劑有導電炭黑、乙炔黑、科琴黑，SuperP等，現(xiàn)在也有電池廠家在動力電池上開始使用碳纖維(VGCF)和碳納米管(CNT)作為導電劑。

　　石墨烯用作導電劑的原理是其二維高比表面積的特殊結構所帶來的優(yōu)異的電子傳輸能力。從目前積累的測試數(shù)據(jù)來看，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。

　　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)過體相摻雜和表面包覆等改性措施)，這些提高都跟石墨烯無關。

　　也就是說，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，更別說動不動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改善倍率和低溫性能。

　　但是，石墨烯表面豐富的官能團就是石墨烯表面的小傷口，添加過多不僅會降低電池能量密度，而且會增加電解液吸液量，另外一方面還會增加與電解液的副反應而影響循環(huán)性，甚至有可能帶來安全性問題。那么成本方面呢?目前石墨烯的生產(chǎn)成本極其昂貴，而市場上所謂的廉價“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正逐漸打入動力電池市場的主要原因?？梢娛┰谟米鲗щ娞砑觿┓矫?，目前跟CNT和VGCF在性價比方面并沒有優(yōu)勢可言。

　　當前國內石墨烯的火熱形勢，讓筆者聯(lián)想到了十幾年前的碳納米管(CNT)。如果對比石墨烯和CNT，我們就會發(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是在上世紀末開始在國際上火熱起來的，2000-2005年之間達到高潮。CNT據(jù)說功能非常之多，在鋰電領域也有很多“獨特性能”。

　　但是二十多年過去了，至今也沒看到CNT的這些“奇特的性能”在什么領域有實實在在的規(guī)?；瘧谩Ｔ阡囯姺矫?，CNT也僅僅是用作正極導電劑這兩年在LFP動力電池里面開始了小規(guī)模的試用(性價比仍不及VGCF)，而LFP動力電池已經(jīng)注定不可能成為電動汽車主流技術路線。

　　相比于CNT，石墨烯在電化學性能方面與之非常相似并無任何特殊之處，反倒是生產(chǎn)成本更高，生產(chǎn)過程對環(huán)境污染更加嚴重，實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，筆者并不認為石墨烯會在鋰離子電池領域有多少實際應用價值，當前所謂的“石墨烯電池”純屬炒作。對比CNT和石墨烯，筆者要說的是“歷史總是何其相似”!