新材料电池产业的先导：石墨烯

自从英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(AndreGeim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)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，任何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。

最近两年，石墨烯相关产业在国内也是如火如荼，尤其是石墨烯制备生产企业，如雨后春笋一般。国际上当然也没闲着，比如一则轰动性的新闻报道宣称：西班牙Graphenano公司(一家工业规模生产石墨烯的公司)同西班牙科尔瓦多大学合作研究出全球首个石墨烯聚合材料电池，储电量是目前市场最好产品的3倍，用此电池提供电力的电动车最多能行驶1000公里，而充电时间不到8分钟。

石墨烯从2004年首次被分离出来，2010年石墨烯发现者获得诺贝尔奖后为大家所熟知，到今天只有短短十几年的时间。尽管全球石墨烯产业目前尚处于早期阶段，但由于公众对石墨烯新材料的热捧，导致石墨烯产业虚火过旺，呈现出了“忽如一夜春风来，千树万树梨花开”的虚假繁荣景象。

特别是一些石墨矿资源相对丰富的地区，更是把石墨矿混同于石墨烯，把发展石墨烯产业视为当地经济转型升级的“灵丹妙药”，纷纷规划建设石墨烯产业园。

毋庸置疑，石墨烯作为新材料产业的先导，在带动传统制造业转型升级，培育新兴产业增长点，推动大众创业、万众创新的作用越来越显著。在国家政策引导下，各地纷纷布局石墨烯。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。

但是，热闹的背后是乱象，一时的繁华带来的只有永久的伤痛。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。

据统计，目前国内已建成或在建的石墨烯产业园、石墨烯创新中心、石墨烯研究院等已超过40家，有2000多家企业从事石墨烯原材料和产品的研发，而且这个数字仍在逐步增长。

当前国内轰轰烈烈的大跃进式的“石墨烯运动”是不可取的。未来的石墨烯产业将是建立在石墨烯材料的杀手锏级的应用基础之上，而不是作为一个万金油式的添加剂。当前，国内市场上的一些产品，包括服饰、涂料、复合材料、吸附润滑产品，以及石墨烯锂电、石墨烯手机触摸屏等，代表着我国目前研发石墨烯的主流产品，应该说在国际上是处于第一方队。

但与国外相比，我们仍然有所滞后，欧盟石墨烯旗舰计划去年10月启动了17个新的石墨烯研究项目，他们关注的是石墨烯的超级汽车、物联网传感器、可穿戴设备和健康管理、数据通信、能源技术以及复合材料等前沿未来的领域。

石墨烯锂电?

什么是石墨烯?先来看看维基百科的定义：“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，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;导热系數高達5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-8Ω·m，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。”

当前“石墨烯电池”这一名词很火热。事实上，国际锂电学术界和产业界并没有“石墨烯电池”这个提法。笔者搜索维基百科，也没有发现“graphenebattery”或者“grapheneLi-ionbattery”这两个词条的解释。

根据美国Graphene-info这个比较权威的石墨烯网站的介绍，“石墨烯电池”的定义是在电极材料中添加了石墨烯材料的电池。这个解释显然是误导。根据经典的电化学命名法，一般智能手机使用的锂离子电池应该命名为“钴酸锂-石墨电池”。之所以称为“锂离子电池”，是因为SONY在1991年将锂离子电池投放市场的时候，考虑到经典命名法太过复杂一般人记不住，并且充放电过程是通过锂离子的迁移来实现的，体系中并不含金属锂，因此就称为“Lithiumionbattery”。最终“锂离子电池”这个名称被全世界广泛接受，这也体现了SONY在锂电领域的特殊贡献。

目前，几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料，在负极性能相似的情况下，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料，所以现在锂离子电池也有按照正极来称呼的习惯。比如，磷酸铁锂电池(BYD所谓的“铁电池”不在笔者讨论范畴)、钴酸锂电池、锰酸锂电池、三元电池等，都是针对正极而言的。