揭秘电池快充背后的“神助攻”——“材料之王”

“充电5分钟，通话N小时。”这句广告词相信很多人耳熟能详，随着快充电池的普及，对于背后的助攻神器我们更多了一份好奇心。追其原因是因为厂家使用了“石墨烯电池”的缘故。

石墨烯被誉为新世纪的“材料之王”。是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度在一个纳米以下，具有非常良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能，最早是由诺贝尔奖获得者－英国曼彻斯特大学物理学家AndreGeim和KonstantinNovoselov用微机械剥离法从石墨中分离得到的。

最薄却最坚硬的碳

自然界中的奥妙是无穷的，也正是由于具有高导电性、高导热性、高强度和高刚度，石墨烯在业内被冠以“黑金”或者“新材料之王”的头衔。它使得一些此前只能在理论上进行论证的量子效应可以通过试验进行验证，也使得一些原来需要在巨型粒子加速器中进行的试验，如今可以在小型实验室内用石墨烯进行。石墨烯还具有所谓的量子霍尔效应，这种诺贝尔奖量级的重要效应在以往是需要在极低温下才能显现的，石墨烯却能将它带到室温下。这是石墨烯给人类物理学研究带来的特殊意义。

近年来，随着新能源汽车和移动通讯设备的发展，如何改进和提升各类动力和储能电池材料的性能，成为业内一直以来关注的一个焦点问题。记者在与多位业内专家交流时了解到，将石墨烯作为基础材料添加到现有的各类电池材料中，已经成为国内各主流电池企业采用的一种普遍的电池生产方式。

目前看来，在主流应用技术中，石墨烯所扮演的角色主要有三：一是直接作为正-负极材料；二是作为导电添加剂添加到正负极电极材料中或对电极材料进行复合改性处理，提高电极导电性和充放电倍率性能；三是作为集流体或者集流体涂层，其主要作用在于提高电池功率特性。其中，石墨烯直接作为负极材料时，因其表面特性极易受到外界影响导致稳定性极差，存在首次效率低下等问题，不能满足锂离子电池的性能需求，所以在锂离子电池上的应用主要为后两种方式。

一位电池企业负责人向记者描述石墨烯在负极材料中的工作原理时谈道：“如锡基、硅基等高容量型的锂离子电池负极材料，存在的问题是随着锂离子反复地嵌入和脱出，电极在充放电过程中，体积变化较大，活性材料剥落，使得电极活性物质之间失去电接触，导致电极表现出较差的循环性能。而石墨烯凭借其独特的二维薄片结构，在充放电过程中体积变化很小，可有效抑制高容量负极材料的体积膨胀，并阻止负极材料的团聚现象。”

中国石墨烯产业发展现状

近年来，石墨烯概念在全球受到追捧，各国政府、科研院所、企业和金融机构等都对此给予了较大关注。根据BCCResearch最新研究报告预测：2018年全球石墨烯市场规模将达到1．95亿美元，到2023年将超过13亿美元。

中国石墨烯产业发展也较快，2015年全国石墨烯市场规模约610万美元，同比增长超过336％，初步统计2016年已突破2000万美元。然而在快速发展的同时，中国的石墨烯产业也饱受争议，业界有人质疑其将“沦为下一个光伏产业”，给产业的后续发展构成障碍。

由于技术进步和成本下降速度不够快的原因，目前中国的石墨烯行业还没有出现大规模产业化，政府的产业扶持政策体系也在完善过程中。但依据目前的市场需求预测，中国的石墨烯产业化将会在较短时间内取得突破。

中国石墨烯产业技术创新战略联盟发布的2016年数据显示：到2020年，全球石墨烯市场规模将超过1000亿元，新能源行业的锂电池和超级电容市场规模将突破534亿元，其中中国占比50％－80％。

近期，中华人民共和国科学技术部发布《“十三五”材料领域科技创新专项规划》，石墨烯被“十三五”列为材料领域重大专项。

此外，在该规划中，科技部要求各企业要重点发展石墨烯、磁电子材料、印刷电子材料、功能晶体与激光技术等。带动战略性新兴产业生长点的形成，切实促进市场前景广阔、资源消耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好的材料产业发展。

国内技术仍显逊色

一个有趣的现象是，尽管主流电池企业并未把石墨烯视作“掌上明珠”，但却无一例外地不放弃对其进行跟踪研究。

记者了解到，与国外更为成熟的研究相比，国内在石墨烯制造方面也稍显逊色。“很少有企业把石墨烯做到薄至十层以内，或者做到径面很小的程度，与其称之为石墨烯，多数产品仍然还是薄层石墨而已，当然这也是我们需要加强研发的方向。”一位电池企业负责人说。

不过，在正道的回复中记者发现，他们在石墨烯的研发工作上另辟蹊径，其中谈道：“石墨烯应用于电池，有很多的方法，作为添加剂是普遍采用的方法，效果的确有限。正道石墨烯超级电池采用完全不同的开发方法，这是真正意义的石墨烯电池，很快会在国内生产。”至于如何实现技术突破，作为公司的核心技术，正道对此表示暂时不对外公开。

回望历史，人类社会在遵循自然规律的基础上，确实曾有许多定论被不断推翻，确实也出现过太多由不可能到可能的转变。倘若有一天，石墨烯果真被揭开那层神秘的面纱，向世界展示出其更为“神奇”、更具颠覆性的能量时，想必每个人都会乐见其成的。