石墨烯电池
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作者:pmtce820c
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发布时间: 2020-12-09
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石墨是锂离子电池中最常用的负极材料，充电时，Li 嵌入到石墨层间形成插层化合物，Li 完全嵌入时，每个石墨层都嵌入一层 Li，对应化合物 LiC6，理论比容量为 372mAh/g。当每片单层石墨都以杂乱无章的方式排列，则在单层石墨的两侧表面都可以结合 Li，理论比容量提高了一倍，即 744mAh/g。
所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电极使用石墨烯材料。
另外，石墨是锂离子电池中最常用的负极材料，充电时，Li 嵌入到石墨层间形成插层化合物，Li 完全嵌入时，每个石墨层都嵌入一层 Li，对应化合物 LiC6，理论比容量为 372mAh/g。当每片单层石墨都以杂乱无章的方式排列，则在单层石墨的两侧表面都可以结合 Li，理论比容量提高了一倍，即 744mAh/g。
由于石墨烯的缺陷位、片层边缘及石墨烯堆积形成的微孔结构都可以存储 Li。也就是说，在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。
除此之外，如果将石墨烯和 SnO2，Mn3O4，CuO 等电导率比较低的正极、负极纳米材料进行复合，如 Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4 等，或许将提高锂离子电池的循环性能。中科院金属研究所曾在 PNAS 发表论文，将正极材料 LiFePO4 和负极材料 Li4Ti5O12 分别与石墨烯复合，制备了 LiFePO4-石墨烯 / Li4Ti5O12- 石墨烯为电极的具有高充放电速率的柔性锂离子电池，石墨烯作为锂离子及电子的通路，同时起到了导电添加剂和集流体的作用。
如果将石墨烯和炭黑混合后作为导电添加剂加入锂电池，或许可以有效降低电池内阻，提升电池倍率充放电性能和循环寿命，而且电池的弯折对充放电性能没有影响。而华为、高通此前通过大电流密度下充放电实现快速充电的做法电池寿命损失很大，尽管这一缺点在近年来已经改进了不少。相比之下，石墨烯电池的快速充电并不会像削减电池寿命，而且更有技术层面的美感。
总而言之，从现今石墨烯技术的实际应用以及技术水平来看，对石墨烯的很多描述目前还仅存于理论层面，还远远未成熟到可以大规模商业应用的阶段。
仅从石墨烯电池的角度来说，其能量密度在理论上能得到大幅提升甚至翻倍，但迄今为止，石墨烯电池在实际应用中的能量密度提升非常有限。另一方面，由于石墨烯电池中的储能物质依旧是锂离子，所以石墨烯电池并非像网络流传的那样是对锂电池的颠覆。
石墨烯电池虽在提升锂电池的充放电速率和锂电池的寿命方面具有突破性意义，但无论是各大手机厂商，还是消费者，都应该对此保持理智的态度。
