
《石墨烯不能点石成金》
首先表明观点:
1.石墨烯是一个前途广阔的材料;
2.石墨烯在锂电池上的应用,是一件很严谨严肃的事情,无数的科研人员在为之努力;
3.目前所谓的石墨烯电池,全部都是瞎扯淡。在电池领域最可能突破应用的是松下、LG、三星、宁德时代、ATL等电池龙头企业,他们有世界上最强大的锂电池研发能力,而不是那些不做电池的不知名结构,或者不知道哪个国家的所谓院士、教授;也不是华为、苹果、小米等应用终端,他们是买电池,不是自己做电池。
1.石墨烯的定义与发现
狭义的石墨烯就是单层碳原子,是一种二维(平面)材料,石墨烯一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过,留下的痕迹就可能是几层石墨烯。
石墨烯本来就存在于自然界,只是难以剥离出来,2004年,英国曼彻斯特大学的两位科学家从高定向热解石墨中剥离出石墨片,然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上,撕开胶带,就能把石墨片一分为二,不断地这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
一般来说,理论上的石墨烯,其加工难度和应用均有很大的难度。常说的石墨烯是层数在10层以内的石墨片。
2.石墨烯的性能
1)物理特性:高强度、高导电性、高熔点,特殊的光学特性,超疏水性和超亲油性,可以吸附和脱附各种原子和分子;
2)化学特性:与石墨类似(本身就是C元素的一种存在形式),具有还原性;
3)电化学特性:可以嵌入/嵌出锂离子。
3.应用:在传感器、晶体管、海水淡化、储氢材料、航空航天、感光元件,以及生物与医学等领域,均有很广阔的应用空间。
石墨烯在锂离子电池种的应用有多个方向,主要包括以下几种:
1.导电剂
石墨烯用于锂离子电池导电剂已经成熟应用,目前量产的动力电池大部分均含有石墨烯导电剂。主要是石墨烯以其优异的导电性,可以替代部分sp和cnt导电剂,减少正极配方中导电剂含量,略微提升电芯能量密度。此处的略微是将正极活性物质含量提升1%左右,仅理论上可以提升能量密度,实际上影响非常小,为综合提升能量密度的诸多措施中的一小部分。一般是在CNT导电浆料中添加少量石墨烯。也有一些涂炭铝箔的涂层中添加少量石墨烯,提升磷酸铁锂材料与铝箔间的导电性,但对性能影响同样较小。
2.正极/负极材料改性
石墨烯用于材料的改性,主要是包覆于磷酸铁锂颗粒表面,改善其导电性,这种方式的改善较小,因为传统LFP材料的颗粒表面也会有碳包覆,石墨烯包覆其实是碳包覆的一种,或者有一些传统碳包覆,因为碳层很薄,被直接改名叫做了石墨烯包覆;传统的碳包覆和石墨烯包覆,其效果差异非常小,甚至很难评测出来。另外还有不少包覆三元材料的研究。
也有很多研究,是对硅基和锡基负极材料进行改性。但锡基负极还没有应用于商业化的趋势。目前硅基负极的应用是在石墨负极中不超过10%的掺混使用,虽然石墨烯对于硅基负极应该有不错的改善效果,但仍应称为硅碳负极电池,而不应称为石墨烯电池。
3.用作负极材料
石墨烯用作负极材料,或与其他负极材料制成复合负极,从2009年开始就有相关的国内论文发表。石墨烯纯用作负极材料,存在很多的问题,尚不能应用,主要原因是石墨烯的比表面积大,可以提供更多的脱嵌活性位点,相比石墨的理论容量更高,但同时也会消耗更多的锂离子SEI膜的生长,导致不可逆容量增加,使得电池首次库伦效率普遍低于50%;也就是说如果用纯石墨烯做为负极材料,首次充电就会消耗掉正极一半的锂离子,不要说高能量密度了,正常能量密度都不可能。
石墨烯用于锂离子电池具有很广阔的空间,也有很多的科研人员在研究,在中国知网上以“石墨烯 锂离子”为关键词可以检索出3300多篇文献。但是截止目前来看,已经在批量应用的是石墨烯做为正极浆料导电剂;未来有希望能够批量应用的是用石墨烯对正极或负极材料进行改性。而石墨烯纯用为负极材料,目前来看还不可能,实验室状态还不具备条件,更不要谈工业化应用,以及工业化时分散、烘干等可以预见的工艺难题。
但是不管是用做导电剂还是对材料改性,都不能称之为石墨烯电池。这个名词本身就是一个伪命题。希望那些所谓的“院士”、“学者”,不管你的证书是从哪个国家买来的,不管是美国、澳大利亚、加拿大,还是朝鲜、毛里求斯,不要再用“石墨烯”这个词去忽悠人了,让那些正经做研究的人,还怎么好意思对别人说自己的课题?希望我们的广大民众,不要再被一些无良媒体的虚假新闻所影响,上智商税了。希望二流、三流甚至不入流的锂电池企业的“企业家”们,也不要逼着你们的技术人员搞什么石墨烯电池了,或者去忽悠你们的客户了,除了显示你的无知外,没有什么更多的意义。
