石墨烯電池真的要來(lái)了？充電8分鐘，續(xù)航300公里！2020年底，某廠商電動(dòng)車將采用石墨烯電池的消息又見(jiàn)諸網(wǎng)端，石墨烯究竟有什么神奇之處？石墨烯電池真的能被成熟應(yīng)用了嗎?今天，我們就來(lái)聊一聊這件事兒。

在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，石墨烯和量子技術(shù)一樣，一直是被過(guò)度炒作的焦點(diǎn)，各種石墨烯纖維、石墨烯內(nèi)褲等產(chǎn)品層出不窮，一次次刷新著我們的底線。其實(shí)，作為一種新材料，石墨烯材料其實(shí)并不像大家想得那么玄乎。

石墨烯樣品（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

我們先說(shuō)石墨烯在電池負(fù)極材料上的應(yīng)用：石墨烯能和硅基材料搭配起來(lái)制成一種硅碳負(fù)極材料，大幅提升電池負(fù)極材料的容量，比容量將達(dá)到現(xiàn)有石墨負(fù)極材料的幾倍。

其實(shí)，電池的充放電過(guò)程就像一個(gè)裝卸貨的過(guò)程，貨物是鋰離子/原子，充電時(shí)，正極放出多少鋰原子，負(fù)極就要裝下多少鋰原子，放電過(guò)程則與之相反，單位質(zhì)量正負(fù)極材料能夠容納的鋰原子/離子數(shù)量就是比容量。

目前，三元鋰電池的正極材料比容量最高只能做到200mAh/g左右，從NCM523電池到NCM811電池，鎳含量不斷提高，就是為了提升正極材料的比容量；鋰電池負(fù)極材料則一般采用石墨，比容量的理論上限在 370mAh/g左右。

乍一看，負(fù)極材料的比容量還算富裕，但是換一個(gè)思路想想，既然電池里面的空間有限，如果把負(fù)極材料的比容量拼命提高，不就可以減少負(fù)極材料的總量，把剩下來(lái)的空間全部用來(lái)塞正極材料了嗎？要知道，目前已經(jīng)攻克的石墨烯硅碳負(fù)極材料容量已經(jīng)達(dá)到了1000mAh/g 以上。

更重要的是，電池中正極材料密度比負(fù)極材料大多了（電極材料壓實(shí)密度參考值：鈷酸鋰 4.15 g/cm3；人造石墨1.5 g/cm3 ；磷酸鐵鋰2.2 g/cm3；硅碳復(fù)合材料1.4 g/cm3），結(jié)合這些數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單計(jì)算一下你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，用硅碳負(fù)極材料取代石墨后，竟然還能往電芯里塞下近一倍重量的鈷酸鋰材料，這意味著，一臺(tái)特斯拉Model 3的續(xù)航里程幾乎能達(dá)到1000km了，到那時(shí)，你還會(huì)考慮燃油車嗎？

另外，石墨烯最大的優(yōu)勢(shì)是具有超高的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性，這里有兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，石墨烯是目前已知材料中，導(dǎo)熱性能最好的材料（5000W/mK），同時(shí)也是電阻率最低的材料?(10^(-6)Ω·cm)。

三星研發(fā)的石墨烯球（顯微結(jié)構(gòu)）

在現(xiàn)有的鋰電池看來(lái)，石墨烯簡(jiǎn)直就是一種天降的神奇材料。比如三元鋰電池非常怕熱，在溫度達(dá)到200℃后，正極材料就會(huì)發(fā)生崩解而引發(fā)熱失控甚至起火；磷酸鐵鋰電池怕冷，溫度降低正極材料析鋰能力下降明顯，冬季續(xù)航腰斬讓車主崩潰。面對(duì)這些問(wèn)題，石墨烯不愧為一劑良藥。

配合電池組的熱管理系統(tǒng)，石墨烯是最理想的導(dǎo)熱介質(zhì)，能非常高效的實(shí)現(xiàn)電芯內(nèi)部的增溫降溫。另外，石墨烯還能提升電池正負(fù)極的導(dǎo)電性能，想要提升電池充電速度，提高電池放電功率，石墨烯也是最好的補(bǔ)品。

比如，2020年中，國(guó)內(nèi)有汽車廠商披露了該公司在石墨烯電池研發(fā)工作方面的進(jìn)展，在當(dāng)年年底完成石墨烯電池實(shí)車量產(chǎn)測(cè)試，運(yùn)用石墨烯技術(shù)的電池將能在8分鐘充滿80%電量，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)充電10分鐘、續(xù)航200-300公里。

不過(guò)，達(dá)成這些數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)條件外界是不得而知的，是否放在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中？是否基于實(shí)際的量產(chǎn)車型？是否采用標(biāo)準(zhǔn)的NEDC續(xù)航測(cè)試方法？是否采用了標(biāo)準(zhǔn)充電樁？……唯有放在接近現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下測(cè)試出的充電時(shí)間才是一個(gè)能讓消費(fèi)者進(jìn)行參考的數(shù)值。

不過(guò)，目前電池行業(yè)內(nèi)部對(duì)于何為石墨烯電池尚未有明確的定論，畢竟，現(xiàn)階段石墨烯僅僅是作為一種輔助材料運(yùn)用于電池中，要是僅僅為了營(yíng)銷噱頭拼命把產(chǎn)品和石墨烯聯(lián)系到一起，那其實(shí)是對(duì)技術(shù)研發(fā)的褻瀆。

2018年，美國(guó)公司Fisker曾發(fā)布了名為Fisker-EMotion的電動(dòng)車，據(jù)稱采用電池采用了石墨烯技術(shù)的Fisker-EMotion在快充模式下，9分鐘內(nèi)可獲得160公里的續(xù)航里程，但這款車已經(jīng)沒(méi)有后續(xù)消息了。

另外，石墨烯運(yùn)用比較大的瓶頸還有價(jià)格因素。現(xiàn)在廣泛采用的負(fù)極材料——石墨的單價(jià)在5000元左右，計(jì)價(jià)單位是噸，而高品質(zhì)的石墨烯的單價(jià)也是5000元左右，不好意思，計(jì)價(jià)單位是克。如今，隨著制備工藝的不斷改進(jìn)成熟，近幾年，石墨烯的價(jià)格坐上了滑梯，一路走低。

在中國(guó)人面前，價(jià)格從來(lái)不是問(wèn)題。同樣都是“碳”，曾經(jīng)的人造鉆石也是天價(jià)，直到中國(guó)人入場(chǎng)了，河南省承包了全球90%以上的人造鉆石生產(chǎn)，人造鉆石直接成了“白菜價(jià)”。

其實(shí)，作為一種新材料，石墨烯憑借出色的材料特性，一直占據(jù)著高光，卻不幸被一些行業(yè)抓來(lái)當(dāng)做了噱頭，在熱度之下，提升電池容量和功率最重要的途徑依然是提升正極材料性能，同時(shí)，半導(dǎo)體功率元件、熱管理系統(tǒng)都是木桶的一塊板，不可偏廢，沒(méi)有任何一種技術(shù)是真正的“萬(wàn)金油”。