近年来，石墨烯这一诺贝尔奖材料受到了社会的广泛关注，相关媒体也充斥着各种“石墨烯电池”等方面的新闻。
大众此时可能会好奇：石墨烯作为一种材料到底有多大用处？能否依靠它解决目前在材料、电池等方面遇到的一系列技术瓶颈，帮助电动汽车、储能、可穿戴等行业实现目标？飞跃？首先我们先得出一个结论：“石墨烯电池”的技术近乎不存在。
石墨烯理论上只能提高充放电倍率，但基本上对容量（能量）的提高没有帮助（预计“石墨烯电池”可以解决手机/电动车电池续航问题的人会失望），其噱头意义远远大于其实用价值。
而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等特性与锂离子电池行业目前的技术体系不相适应，应用的希望非常渺茫。
在本文中，笔者将结合石墨烯的具体特点，重点分析石墨烯相关技术，即锂电池/储能行业中所谓的“石墨烯电池”的发展和应用前景。
定义问题：“石墨烯电池”是否存在？这里，先引用一篇关于石墨烯的文章，其中对“石墨烯”电池的定义介绍如下：“事实上，国际锂电池学术界和工业界并没有“石墨烯电池”这个术语。
维基百科上有对于“石墨烯电池”或“石墨烯锂离子电池”等术语没有解释，根据美国比较权威的石墨烯网站Graphene-info，“石墨烯电池”的定义是添加了石墨烯材料的电池。
这种解释显然具有误导性，按照经典的电化学命名法，一般智能手机中使用的锂离子电池应该被命名为“钴酸锂-石墨电池”，这是因为索尼在2017年将锂离子电池投放市场时。
2016年，它认为经典命名法对于大多数人来说过于复杂以至于难以记住，并且充放电过程是通过锂离子的迁移来实现的，并且该系统不含金属锂。
，故称为“锂离子电池”。
最终“锂离子电池”这个名字被全球广泛接受，这也体现了索尼在锂电池领域的特殊贡献。
目前，商业化锂离子电池几乎全部采用石墨负极材料。
当负极性能相近时，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料，所以现在锂离子电池也有按照正极来称呼的习惯。
。
比如磷酸铁锂电池（比亚迪所谓的“铁电池”不在本文讨论范围内）、钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元电池等，都是针对正极的。
那么未来如果负极采用硅材料，是不是就可以称为硅电池呢？或许。
但不管怎样，谁演主角，就会被点名。
“从这篇文章可以看出，在电池中，根据其主要成分（磷酸铁锂电池）和机理（液流电池等）来命名是一个通则。
那么‘石墨烯电池’呢？”所谓的“石墨烯电池”示意图，实际上并没有关于电池反应机理的有效信息，如果你查一下百度百科“石墨烯电池”，你会发现并没有关于电池反应机理的详细解释。
主要信息集中在石墨烯薄膜、石墨烯快速充放电电容器，以及西班牙Graphenano“电池成本下降77%、续航里程延长至公里”的消息，但遗憾的是，这些消息有限。
对于一些肤浅的报道，没有电池结构和反应机理的示意图，也缺乏能量密度、电压、循环寿命等具体技术参数。
对于电池行业来说，没有这样的信息，而且缺乏报道的消息。
最基本的可信度是，虚假、夸大的宣传可能性很大。
近一年过去了，行业的进展也可以作为此类消息“不靠谱”的证据。
我们应该进一步分析，看看“石墨”。
对于“石墨烯电池”这样的技术，存在哪些问题以及为什么会出现问题？ “石墨烯电池”：是电池还是电容器？事实上，科研界人士对于“石墨烯电池”已经做了大量的研究。
但如果仔细分析，你会发现其中很大一部分实际上是超级电容器：此时，基于石墨烯较大的比表面积，可以通过控制其氧化态等特性来使用石墨烯来制作电极材料。
实现快速的电化学反应，也就是我们熟悉的“快速充放电”。
类似的文献还有很多，这里提供一篇供参考：全石墨烯电池：弥合超级电容器和锂离子电池之间的差距：科学报告：自然出版集团。
事实上，在石墨烯相关的新闻中，快充快放电占了大多数，但真正敢说石墨烯电池容量/能量得到显着提升的却很少。
这主要是因为石墨烯（二维纳米材料、高比表面积）的固有特性决定了其在超级电容器中的应用大于在锂离子电池中。
一般来说，超级电容器的功率密度比锂离子电池高，可以实现无误快速充放电，但其能量密度（1-20Wh/kg）远低于普通锂离子电池（Wh/kg） 。
通俗地说，如果用超级电容来做电动汽车的话，充电速度很快，但是一次充电走不了多远，续航里程也会很差。
由上可见，即使在石墨烯相对可靠的电容器领域，理论上它仍然存在能量密度不足等缺点（声称石墨烯电池/电容器可以增加容量30%以上的信息极其可信。
低，因为（1）没有反应机理，（2）没有具体数据，（3）没有实际产品测量和分析结果）。
事实上，电容器的高功率特性在启动汽车、平滑电网和可再生能源的输出方面非常有用（石墨烯电容器在这里可能有广阔的发展前景），但此时主要利用的是其高功率的优点如果需要能量密度，锂离子电池还是必不可少的。
如果石墨烯用于锂离子电池会怎样？ “石墨烯电池”：从未存在过，但它只是看起来很漂亮。
石墨烯在锂离子电池中的主要可能应用是作为导电剂和作为负极的锂嵌入材料。
事实上，在这两点上，石墨烯正在与传统导电炭黑/石墨竞争。
因此，严格来说，我们讨论的不是“石墨烯电池怎么样”，而是石墨烯在锂离子电池方面是否有未来的问题。
A。
成本问题。
传统的导电炭黑、石墨都是按吨销售（每吨几万元）。
按克出售的石墨烯什么时候会降到这个价格？据媒体报道，即使石墨烯降到3元/克，换算成吨也要1万元/吨。
要知道，现在锂电池所用的各种材料每吨价格都在几万、几十万，每天都承受着各界降价的压力。
用石墨烯代替它们是完全不现实的。
如果能更便宜一些，一些公司声称他们的石墨烯可以接近普通炭黑和石墨的价格。
OK，其实，此时使用的材料是石墨微片（可能有几十层），根本不是单层或者几层。
石墨烯层。
厂家此时存在的问题是虚假宣传、炒作概念，违背诚信，欺骗国家政府和纳税人。
说句题外话，当前过度的降价压力，导致锂离子电池行业材料和电池厂商的生存压力过大。
因此，不少厂家降低产品质量来寻求利润空间以求生存。
这种不健康的行业发展状况值得全社会警惕。
b。
过程特性不兼容。
即石墨烯的比表面积太大，会给现有锂离子电池的分散和均质化带来很多工艺问题。
如果电池厂因调整工艺而疲惫不堪，又没有足够的利润空间来推动性能指标的突破性提升，谁愿意使用这项技术？石墨烯的表面性能受化学状态影响较大，批量稳定性、循环寿命等存在诸多问题，目前无法满足锂电池生产的一堆细节要求。
关于石墨烯对浆料混合实际过程的影响，有橡树岭国家实验室和Vorbeck（石墨烯行业知名厂商）披露的研究成果。
他们发现石墨烯对浆料工艺的性能有非常负面的影响，如下图所示：来自“具有增强充电速率和储能能力的石墨烯基锂电池的可行性论证”Vorbeck Materials Corp 即使上述问题是解决后，仍然存在以下问题。
C。
如果采用石墨烯作为负极（替代石墨，理论容量mAh/g）：理论上最多是石墨负极容量（mAh/g）的两倍。
第一次效率低得吓人，而且性能受表面状态影响很大。
为什么不使用它呢？硅？ （硅的理论容量是石墨的近10倍，近年来在抑制粉化、龟裂方面取得了许多科研和工业级成果）。
硅负极近两年吸引了各大电池制造商的关注。
其中，龙头企业松下的4Ah0电池已开始采用硅/碳复合负极。
但目前硅负极材料的循环寿命还不够理想，因此主要针对消费电子市场使用。
因此：石墨烯虽然成本低，但无法与硅阳极匹敌。
d.石墨烯可以作为导电剂促进快速充放电，理论上可以提高倍率性能。
但如果分散过程不到位，混合不均匀，一切都将是空中楼阁。
此外，碳家族中有许多优质且低成本的材料，并没有理由使用昂贵的石墨烯；石墨烯是一种二维材料。
如果它展开并与电极活性材料结合，则会堵塞锂离子扩散通道。
因此，如果投入实际使用，其实很难说是有益还是有害。
再说一句题外话：石墨烯只是一种纳米材料。
在过去的十几年里，纳米材料研究界往往过于倾向于制造噱头和“淡化”。
工作的可重复性往往很差，所使用的技术也往往很差。
与实际目标严重脱节。
这一现象受到了科研界和业界一些有识之士的广泛批评。
例如，著名的锂电池专家Goodenough、Mauger和Julien教授就曾质疑麻省理工学院在磷酸铁锂快速充电方面的工作。
超快充放电的电池材料，发表了文章《Unsupported Claims of Ultrafast Charging of LiFePO4 Li-ion Battery（几十C充电的快速充电，对应几分钟的充放电）》，我相信这些结果只是充其量在概念上是可行的。
许多纳米材料的优异性能仅体现在实验室级的克级甚至微克级的生产能力上。
其中许多在扩大大规模生产的前景方面存在固有的缺陷。
它们与现有行业中许多基于微米级材料开发的技术不一致。
根本上不相容。
而且，纳米材料往往只能以低维材料的形式存在/使用，无法真正应用于实际的宏观三维应用。
笔者建议政府应从政策角度推动有产业化前景的技术发展，加大对试点项目的支持力度，以达到选拔人才、让科学研究更好地推动产业技术进步的目的。
e。
至于石墨烯功能涂层铝箔：其实际性能与普通碳涂层铝箔（与汉高联合开发的A）相比并没有太大提升。
相反，成本和工艺复杂度增加了很多。
这项技术商业化的概率很低。
综上所述：石墨烯用于锂离子电池。
与传统碳材料相比，石墨烯没有明显的性能优势。
而且纳米材料的应用难度大、成本高，发展前景堪忧。