石墨烯锂电那么火热，做好石墨烯锂电池会很难吗？

现有在市面上号称石墨烯电池都是在炒概念，像某充电宝重量270克，根据可充电量=电压*电池容量的公式，烯王电压3.7v、电池容量4,800mAh，推算可充电量为17.76Wh，能量密度为65.78Wh/kg。对比一般国产磷酸铁锂电池能量密度达到120-150Wh/kg，估计某充电宝是为了实现快充电而加了石墨烯导电剂，这样作法肯定会大幅提高每瓦小時的电池成本，卖价那么高根本是赚不了钱。当然，项庄舞剑，意在沛公，他们才不在乎赚这点小钱吧！当然，这么点的能量密度根本不能用于电动汽车，估计东旭就是为了实现快充而多加了石墨烯牺牲了能量密度、体积密度等性能指标。

一般来说，石墨烯的压实密度及振实密度偏低，使得在能量密度上不被看好。但石墨烯拥有良好的导电、导热性，能让锂离子在石墨烯表面与电极间快速穿梭运动，让功率密度变成强项，这也是石墨烯电池大多被提到能够做到快充的根据。另外，石墨烯还有些像传统碳材在首次循环的库伦效率偏低、充放电平台过高、电位滞后严重以及循环稳定性较差等缺点，而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。

但这样就真的不能做好石墨烯锂电池吗？其实不然，在负极材料上我们选择硅碳负极来改性，就是看到硅基负极主要有三个缺点：电子电导率和锂离子扩散系数低大大降低了倍率性能、形成不稳定的SEI膜及硅在充放电过程之体积变化超过300%。而石墨烯稳定的骨架结构缓冲了硅晶格的膨胀，减少了锂离子脱插过程对材料晶格的破坏，从而延长材料的循环寿命；另一方面，网状结构的石墨烯在复合材料中起到导电网络的作用，极大的提供高了锂离子在材料的迁移速率，从而提高了材料的倍率性能。另外，还有一种做法是利用石墨烯微片包覆沥青的碳，这种结构设计不太会出现锂枝晶结构，可有效延长电池寿命，并可达到快速充电的功能。

那石墨烯可否帮珠海银隆的钛酸锂电池尽点力？答案是肯定的！钛酸锂电池能量密度91wh/kg、6分钟快速充电、30,000次循环，能够实现在-45℃条件下正常充放电，在240℃高温下仍能平稳工作并无过热现象。可以看出，钛酸锂电池的强项是功率密度高，但能量密度差。钛酸锂作为负极材料拥有脱嵌锂前后几乎“零应变、嵌锂电位较高（1.55V），避免“锂枝晶”产生，安全性较高、具有平坦的电压平台、化学扩散系数和库伦效率高等优点，决定了其具有优异的循环性能和较高的安全性。然而，其导电性不高、大电流充放电时容量衰减严重，通常采用表面改性或掺杂来提高其电导率。实验表明，经碳包覆的钛酸锂具有较小的粒径和良好的分散性，表现出更优的电化学性能，主要归因于碳包覆提高了钛酸锂颗粒表面的电子电导率，同时较小的粒径缩短了Li+的扩散路径。这样的话，我们不就可以沿用上面硅碳负极的思路，以石墨烯微片来包覆钛酸锂不就可以提高能量密度了吗？

既然碳纳米材料单独作为负极材料存在不可逆容量高、电压滞后等缺点，与其它负极材料复合使用是目前比较实际的方案选择。所以，把石墨烯当作增益材料，而不是一昧用本征石墨烯的限制来看锂电池的技术突破，或许才能打开锂电池技术一条新的道路。不过，我们目前只不过在导电剂、隔膜及负极材料上找到发展方向而已，正极材料的技术突破，才是我们攻克锂电池的最后一块拼图！

首先，我们来看看这款石墨烯柔性锂电池的组装顺序如下：

1.?定长宽比的铜箔，先进??墨烯沉积于铜箔表?上，再沉积数层?墨烯，此?将?向正极，再蒸镀纳?铜粒?。

2.覆盖上隔离膜，作为离?交换通道。

3.将负极材料浆料涂布于铝箔两?上，采用roll-to-roll工艺，铝箔两?皆有负极材料，干燥后，放置于隔离膜上。

磷酸铁锂（LiFePO4）比传统的正极材料更具安全性和循环充放电稳定性，耐过充电行能远超过传统的锂离子电池材料，但它的电子电导率（10e-9S/cm）较差。而其它的正极材料像Li3V2(PO4)3，相对于LiFePO4有较高的操作电压，不过电子电导率也不过是2.4*10e-7S/cm而已。较低的电导率常会影响锂离子电池的容量，常添加导电剂来提高锂电池的电化学性能。汪（2013）比较了包覆与未进行石墨烯包覆磷酸铁锂正极材料的比容量，得到结论是，纯LiFePO4在0.1C电流密度下首次放电比容量仅94.4mAh/g（理论比容量170mAh/g），而石墨烯包覆量为8wt%的材料的首次放电比容量达到143.6mAh/g。且包覆了石墨烯材料的充放电平台比较平稳，充放电电压平台的差值低于纯LiFePO4的充放电电压平台之差，这有利于电子器件的稳定性。我们推判是包覆在材料表面的石墨烯膜可以充当导电桥的作用（交流阻抗从140Ω降到90Ω），再脱嵌锂的过程中能极大地提高电子导电性。另外，随着循环次数的增加，8wt%石墨烯包覆的LiFePO4材料比容量的衰减率较小，表明稳定性能也较好。而云（2015）也提到石墨烯全部致密包覆使活性物质和电解液隔离，减慢了离子扩散，导致该复合材料电化学阻抗升高，氧化还原反应活性降低，锂离子的崁入和脱出过程受阻，从而使其电化学性能远不如石墨烯部分包覆的性能。

最后，我们来谈谈石墨烯改性三元正极材料的制备方法。层状LiNi1-x-yCoxMnyO2(LNCMO)被称为三元正极材料，其中LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有比容量高、循环性能好以及结构稳定性好等优点，但是电子导电率较低。Rao（2011）通过微乳液法制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，再通过球磨制备LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/石墨烯复合物。以0.05C、1.00C及5.00C在2.5-4.4V充放电，首次充电比容量分别为188mAh/g、178mAh/g和161mAh/g，首次放电比容量分别为185mAh/g、172mAh/g和153mAh/g。石墨烯强的电子导电性，减少了电极活性材料与电解质之间的界面电阻，有利于Li+传导；同时，石墨烯片层包覆在电极材料表面，抑制了金属氧化物的溶解和相转变，保持了充放电过程中电极材料的结构稳定。