石墨烯为什么没有大规模应用

继2004年石墨烯被首次分离后，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)二人因为“二维石墨烯材料的开创性实验”共同获得2010年诺贝尔物理学奖之后，此后，与石墨烯有关的新闻或者研究成果都受到了人们极大的关注。

什么是石墨烯，我用了一个忍者来形容他，想强调一个字“快”，用石墨烯制造出来的电池搭载到电动车最多能行驶1000公里，而充电时间不到8分钟。

石墨烯电池不是石墨电池，石墨烯电池，也不是单纯的增加一些石墨烯作为导电剂就可以称为石墨烯电池。目前，我国石墨烯全产业链雏形初现，覆盖从原料、制备、产品开发到下游应用的全环节，已基本形成以长三角、珠三角和京津冀鲁区域为集合区，多地分布式发展的石墨烯产业格局。2016年，我国石墨烯市场总体规模突破40亿元，已形成新能源领域应用、大健康领域应用、复合材料领域应用、节能环保领域应用、石墨烯原材料、石墨烯设备六大细分市场。

不能不提的是，当前我国的石墨烯产业仍面临一些深层次问题，基础研究能力薄弱，缺乏龙头企业带动，上下游企业脱节，产业链不成熟，资本市场过度透支石墨烯概念，行业标准缺失等，都严重制约了我国石墨烯产业的健康可持续发展。

与国外对比，我们任然有很大的差距，国内石墨烯研发机构，石墨烯产业园，可谓发展得轰轰烈烈，但更多的作用，局限于作为一款添加剂，而不是作为一种能够带来数量级变化的材料应用，未来我们可集中关注在石墨烯电池新能源汽车，可穿戴领域等。

石墨烯锂电池？

什么是石墨烯？借用百科的定义：“石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8 Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。”

石墨烯电池，并不等于石墨电池，目前市场上使用的电池，无论是磷酸铁锂，还是钴酸锂，三元材料，均是以石墨作为负极，取名方式则是以起主要作用的正极材料来命名，而石墨烯，更多的以导电剂方式添加进去，而某些公司混淆概念，把加入石墨烯作为导电剂的称为石墨烯电池，这里需要纠正一下。

按照命名规则，如果要叫石墨烯电池一定要是石墨烯起主要电化学作用的电池。为了进一步澄清“石墨烯电池”的概念问题，我们先总结一下石墨烯在锂离子电池中可能(仅仅是可能性)的应用领域。

其实，石墨烯在锂离子电池里面可能发挥作用的领域只有两个：直接用于负极材料和用于导电添加剂。而石墨烯单独作为负极的道路，还相当的艰难。

用作负极材料举步维艰

纯石墨烯的充放电曲线跟高比表面积硬碳和活性炭材料非常相似，都具有首次循环库仑效率极低（一般88%）、充放电平台过高、电位滞后严重以及循环稳定性较差的缺点，这些问题其实都是高比表面无序碳材料的基本电化学特征。

高品质的石墨烯的振实和压实密度都非常低，成本极其昂贵，基本上不存在取代石墨类材料直接用作锂离子电池负极的可能性。

石墨烯与其它新型负极材料，比如硅基和锡基材料以及过渡金属化合物形成复合材料，是当前“纳米锂电”最热门的研究领域。但是综合考量材料成本、生产工艺、加工性和电化学性能，石墨烯或者石墨烯复合材料实际用于锂电负极的可能性很小产业化前景艰难。

用作导电剂无明显优势。

再来说说石墨烯用于导电剂的问题，现在锂电常用的导电剂有导电炭黑、乙炔黑、科琴黑，Super P等，现在也有电池厂家在动力电池上开始使用碳纤维(VGCF)和碳纳米管(CNT)作为导电剂。

石墨烯用作导电剂的原理是其二维高比表面积的特殊结构所带来的优异的电子传输能力。从目前积累的测试数据来看，VGCF、CNT以及石墨烯在倍率性能方面都比Super P都有一定提高，但这三者之间在电化学性能提升程度上的差异很小，石墨烯并未显示出明显的优势。

而石墨烯电池对电池的容量提升，我只能呵呵了。作为添加剂添加在负极，则会消耗更多锂离子形成SEI膜，放在正极还有改善倍率和低温性能的可能性。

相比石墨烯，锂电企业更青睐于CNT，这两个可谓是难兄难弟，应用则是添加在正极作为导电剂使用。

石墨烯制作方法复杂且难度成本较大，主要方法如下，不再赘述。

相比于CNT，石墨烯还有一个更加out的弱点，他贵！企业不是慈善家，不能带来良好的经济效益，我脑子坏了才会大规模应用。而你在新闻上看到的，某某公司石墨烯电池开始量产，某某公司推出充电几分钟的石墨烯电池，大多是炒作而已。

在进行研发和生产中，要警惕石墨烯炒作，需要务实者去解决这些没有解决的问题。运动是绝对的，静止是相对的，新事物替代旧事物期间，存在着很大的压力，相信石墨烯的前途是光明的，指示需要一代又一代的研发者去追寻、探索他，而不是丢一个个深水炸弹。