加了石墨烯做導電劑，鋰電池仍舊是鋰電池

石墨烯作為一種超級材料，憑借著優異的電化學和機械性能，吸引了廣泛的關注，2015年，習近平總書記在訪問英國的行程中特意訪問了英國曼徹斯特大學的國家石墨烯研究所，并對這種具有特殊性能的超級材料做出了高度評價，隨后華為公司就宣布將投資數百萬英鎊與該研究所就石墨烯在信息和通信技術方面的使用前景展開研究。在國內的A股市場也掀起了一場石墨烯材料的概念炒作風暴，凡是和石墨烯概念的相關的股票紛紛大漲，也有不少電池公司宣布自己研發出了全球首款石墨烯電池，雖然這些都是電池廠家放出的煙霧彈，但是也博取了眾人的眼球，引起了廣泛的關注。

小編作為一名鋰電池行業的資深從業者，這些所謂的石墨烯電池并不能瞞過小編的眼睛。其實大多數的石墨烯電池僅僅是使用少量的石墨烯作為鋰電池的導電劑，添加量不足1%，本質上還是鋰電池，只不過是以石墨烯作為宣傳的噱頭，而前一段時間炒作的華為石墨烯電池，僅僅是以石墨烯作為鋰電池的散熱輔助手段，加強鋰電池在高溫下的工作能力，石墨烯并不參加鋰電池內部的電化學反應，嚴格意義上只能稱為石墨烯加強鋰電池。

其實，在現有的技術能力下，考慮到成本等因素的限制，石墨烯目前緊要使用還是作為鋰電池的導電劑和輔助散熱手段。傳統的鋰電池導電劑，如炭黑Sp，碳纖維VGCF等，與活性物質的接觸是點接觸，限制了導電用途的發揮，新增了導電劑添加量。而是石墨烯是片狀結構，與活性物質的接觸為點-面接觸，可以最大化的發揮導電劑等用途，減少導電劑的用量，提升鋰電池的能量密度，但是再好的材料也存在缺點，石墨烯的片狀結構，會對鋰離子擴散形成妨礙，在較大的工作電流密度時，會造成Li+的擴散阻抗新增，從而造成電池的倍率性能下降。今天小編就帶大家對石墨烯作為鋰電池導電劑的優缺點進行分解。

天津大學的楊全紅老師是石墨烯行業的資深學者，在2012年發表于NanoEnergy的文章上，研究了石墨烯用作鋰電池導電劑的優缺點。在楊老師的研究中，采用了商用10Ah的LiFepO4/石墨方形鋰電池。研究顯示，以少量（1%）的石墨烯取代鋰電池內的傳統導電劑，不但可以提升化性物質的比例，還能顯著的降低鋰電池的阻抗，但是由于石墨烯的片狀結構，會對Li+快速擴散形成很大的妨礙，因此在大電流充放電（>3C）時，會使鋰電池出現很大的極化，影響鋰電池的放電容量。這一研究顯示，石墨烯作為導電劑適合使用在一些對鋰電池充放電倍率要求不高的場合，石墨烯的添加可以顯著的提升活性物質的占比，降低電極阻抗，提升鋰電池的能量密度，但是在一些石墨烯并不適合使用在功率型電池（充放電倍率>3C）上作為導電劑。

試驗中楊全紅的團隊制作了兩種電池，一種是一般的對照組電池，使用了7%的炭黑和3%的導電石墨，試驗組則使用1%的石墨烯和1%炭黑作為導電劑。實驗結果顯示，在相同的涂布量的前提下，使用石墨烯的試驗組電池容量（0.5C充放電）要分明高于對照組電池，并且兩者的循環性能接近，聲明石墨烯能夠搭建起更為高效的導電網絡，從而減少導電劑的用量，提高鋰電池的容量（10%），降低電池的極化，提升電池的能量密度。

在隨后的倍率試驗中發現，在0.5C、1C和2C的充放電倍率下，試驗組的石墨烯導電劑電池相比于對照組電池都表出了更高的容量和更小的極化，但是當充放電倍率提高到3C時，試驗組電池容量迅速下降到4Ah以下，而對照組電池的容量依然保持在9Ah左右，持續將放電倍率提高到4C，試驗組石墨烯導電劑電池由于極化太大，已經無法放電，而對照組電池則相對穩定。

EIS分解顯示，添加石墨烯的試驗組電池的歐姆阻抗要分明低于對照組電池，這緊要得益于石墨烯的片狀結構能夠于活性物質顆粒形成很好的接觸，降低接觸電阻，但是在高頻段的電荷交換阻抗，試驗組電池要分明高于對照組電池，這聲明石墨烯的加入影響了Li+在電極內的擴散。仿真結果顯示，緊要是由于石墨烯的片狀結構對Li+的擴散形成了妨礙，導致Li+的擴撒路徑延長，從而造成了添加石墨烯的鋰電池在大電流下極化新增，導致電池的放電容量下降。而傳統的炭黑、導電碳纖維和導電石墨等材料，由于橫截面較小，因此對Li+的擴散妨礙較小，對鋰電池大電流放電性能影響不大。

該研究聲明，石墨烯作為導電劑雖然能夠顯著的提升電極的導電性，降低導電劑的用量，提升鋰電池的能量密度，但是并不是所有的鋰電池適合食用石墨烯作為導電劑，在一些對充放電電流需求不高的范疇，例如儲能、電子設備等，工作電流較小，適合采用石墨烯取代傳統的導電劑。但是在一些對充放電電流要求較高的范疇，例如高功率電池、動力鋰離子電池等方面，由于石墨烯會造成鋰電池在大電流情況下，極化新增，并不適合采用石墨烯作為導電劑。

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