石墨烯和鋰電池有何關系？

　　華為中央研究院在日本向全世界宣布：鋰電子電池技術實現(xiàn)重大突破，世界上首個商用的石墨烯基鋰離子電池已經(jīng)誕生。將在本月底推出超級快充手機，正式開啟石墨烯商用時代。

　　這個消息一出，瞬間撼動了整個科技界！

　　我們知道，近期三星的爆炸事件、蘋果手機的自動關機事件，就是電池與手機的兼容性問題。這其實就是由于手機的電池續(xù)航能力、以及支持能力存在的巨大安全隱患。因為“智能手機”中有大量芯片，比如音頻芯片、視頻芯片、電源管理芯片、ISP芯片（拍照用）、WIFI芯片、CPU、GPU、基帶等等，人們對智能手機的性能的要求越來越高，尤其是續(xù)航能力，所以這些芯片的負荷也就越來越高。

　　所以，這場變革的臨界點落腳到了材料的創(chuàng)新上面。而今天，華為石墨烯基鋰離子電池已經(jīng)誕生，這也就意味著智能手機將進入下一個高速發(fā)展時代！

　　石墨烯與鋰電池是什么

　　石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個原子層厚度的準二維材料，所以又叫做單原子層石墨。它的厚度大約為0.335nm，根據(jù)制備方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大約1nm左右，水平方向?qū)挾却蠹s10nm到25nm，是除金剛石以外所有碳晶體（零維富勒烯，一維碳納米管，三維體向石墨）的基本結構單元。

　　很早之前就有物理學家在理論上預言，準二維晶體本身熱力學性質(zhì)不穩(wěn)定，在室溫環(huán)境下會迅速分解或者蜷曲，所以其不能單獨存在。 直到2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，對于石墨烯的研究才開始活躍起來，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產(chǎn)未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會快數(shù)百倍。

　　另外，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的氣體分子（氦氣）也無法穿透。這些特征使得它非常適合作為透明電子產(chǎn)品的原料，如透明的觸摸顯示屏、發(fā)光板和太陽能電池板。

　　作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學家甚至預言石墨烯將“徹底改變21世紀”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術新產(chǎn)業(yè)革命。

　　而“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

　　鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕?a target="_blank">產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

　　石墨烯與鋰電池有何關系

　　鋰電行業(yè)對石墨烯在鋰離子電池的應用已經(jīng)開展了許多研究，整理如下。

　　石墨烯用于鋰電正極材料：1. 石墨烯對改善磷酸鐵鋰電池倍率性能的研究；2. 與磷酸錳鋰和磷酸釩鋰復合提高循環(huán)性能的研究。

　　石墨烯用于鋰電負極材料：1. 石墨烯直接作為鋰離子電池負極；2. 石墨烯/SnO2復合材料作為鋰離子電池負極；石墨烯/Si復合材料作為鋰離子電池負極；石墨烯與Fe2O3、TiO2、Co3O4等復合作為鋰離子電池負極；3. 負極導電添加劑。

　　無論是石墨烯改性正極材料還是與硅基、錫基材料以及過渡金屬化合物形成復合材料方面的研究，結論表明石墨烯的加入可改善復合材料的電化學性能，但提升幅度有限。另一方面，從商用角度來看，考慮材料成本、加工工藝、批次穩(wěn)定性等因素，石墨烯大規(guī)模應用于鋰電充滿了挑戰(zhàn)。

　　黑科技：石墨烯鋰電池

　　與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，石墨烯鋰電池的優(yōu)勢無疑非常明顯，它主要有耐高溫、壽命長兩大特點。

　　根據(jù)第四能源得到的信息，通過在電解液中加入高溫抗分解添加劑，配合高溫穩(wěn)定的大單晶正極，大幅提升電池熱穩(wěn)定性。與此同時，通過利用石墨烯高效散熱的特點，同等工況下，電池溫度降低 5℃。

　　因此，石墨烯鋰電池能將使用上限溫度提升 10℃。在 60℃的高溫條件下使用，壽命為普通鋰離子電池的 2 倍；即便在炎熱氣候地域如中東、非洲，該電池的使用壽命仍可長達 4 年以上。

　　石墨烯鋰電池無疑是鋰離子電池發(fā)展史上的重大突破。它將拓展鋰離子電池的使用場景，比如烈日暴曬下需要工作的設備——無人機；還比如電動汽車，能讓電動汽車在高溫環(huán)境下也有極佳的續(xù)航表現(xiàn)。

　　瓦特實驗室首席科學家李陽興向第四能源記者透露，‘石墨烯鋰電池技術主要解決了三個難題：第一，電解液加入特殊添加劑，避免其高溫分解；第二，選大單晶三元材料做正極，增強熱穩(wěn)定性；第三，石墨烯的加入，實現(xiàn)高效散熱。’