石墨烯和锂电池之间的关系

华为中央研究院在日本向全世界宣布：锂电子电池技术实现重大突破，世界上首个商用的石墨烯基锂离子电池已经诞生。将在本月底推出超级快充手机，正式开启石墨烯商用时代。

这个消息一出，瞬间撼动了整个科技界！

我们知道，近期三星的爆炸事件、苹果手机的自动关机事件，就是电池与手机的兼容性问题。这其实就是由于手机的电池续航能力、以及支持能力存在的巨大安全隐患。因为“智能手机”中有大量芯片，比如音频芯片、视频芯片、电源管理芯片、ISP芯片（拍照用）、WIFI芯片、CPU、GPU、基带等等，人们对智能手机的性能的要求越来越高，尤其是续航能力，所以这些芯片的负荷也就越来越高。

所以，这场变革的临界点落脚到了材料的创新上面。而今天，华为石墨烯基锂离子电池已经诞生，这也就意味着智能手机将进入下一个高速发展时代！

石墨烯与锂电池是什么

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，水平方向宽度大约10nm到25nm，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯，一维碳纳米管，三维体向石墨）的基本结构单元。

很早之前就有物理学家在理论上预言，准二维晶体本身热力学性质不稳定，在室温环境下会迅速分解或者蜷曲，所以其不能单独存在。直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，对于石墨烯的研究才开始活跃起来，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。

另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体分子（氦气）也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

而“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.WhitTIngham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。

锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生，其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制，现在只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。

锂电行业对石墨烯在锂离子电池的应用已经开展了许多研究，整理如下。

石墨烯用于锂电正极材料：1.石墨烯对改善磷酸铁锂电池倍率性能的研究；2.与磷酸锰锂和磷酸钒锂复合提高循环性能的研究。

石墨烯用于锂电负极材料：1.石墨烯直接作为锂离子电池负极；2.石墨烯/SnO2复合材料作为锂离子电池负极；石墨烯/Si复合材料作为锂离子电池负极；石墨烯与Fe2O3、TIO2、Co3O4等复合作为锂离子电池负极；3.负极导电添加剂。

无论是石墨烯改性正极材料还是与硅基、锡基材料以及过渡金属化合物形成复合材料方面的研究，结论表明石墨烯的加入可改善复合材料的电化学性能，但提升幅度有限。另一方面，从商用角度来看，考虑材料成本、加工工艺、批次稳定性等因素，石墨烯大规模应用于锂电充满了挑战。

黑科技：石墨烯锂电池

与传统锂离子电池相比，石墨烯锂电池的优势无疑非常明显，它主要有耐高温、寿命长两大特点。

根据第四能源得到的信息，通过在电解液中加入高温抗分解添加剂，配合高温稳定的大单晶正极，大幅提升电池热稳定性。与此同时，通过利用石墨烯高效散热的特点，同等工况下，电池温度降低5℃。

因此，石墨烯锂电池能将使用上限温度提升10℃。在60℃的高温条件下使用，寿命为普通锂离子电池的2倍；即便在炎热气候地域如中东、非洲，该电池的使用寿命仍可长达4年以上。

石墨烯锂电池无疑是锂离子电池发展史上的重大突破。它将拓展锂离子电池的使用场景，比如烈日暴晒下需要工作的设备——无人机；还比如电动汽车，能让电动汽车在高温环境下也有极佳的续航表现。

瓦特实验室首席科学家李阳兴向第四能源记者透露，‘石墨烯锂电池技术主要解决了三个难题：第一，电解液加入特殊添加剂，避免其高温分解；第二，选大单晶三元材料做正极，增强热稳定性；第三，石墨烯的加入，实现高效散热。’