作為鋰離子電池正極材料的石墨烯存在什么問題?

獲得諾貝爾獎(jiǎng)的材料石墨烯，得到了公眾的高度評價(jià)，媒體充斥著有關(guān)石墨烯電池的新聞。

廣大公眾此時(shí)可能會(huì)想:石墨烯數(shù)據(jù)到底有多大用處?它能否幫助解決數(shù)據(jù)、電池等領(lǐng)域的一系列技術(shù)瓶頸，幫助完成電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等職業(yè)領(lǐng)域的飛躍?

錢的問題

傳統(tǒng)的導(dǎo)電炭黑和石墨按噸出售(每噸數(shù)萬元)。什么時(shí)候石墨烯可以按克出售?即使根據(jù)一些媒體的報(bào)道，將石墨烯降低到3元/克，也要300萬元/噸才能轉(zhuǎn)化成噸。你了解，鋰離子電池所用的各種材料大約有數(shù)萬噸，而且每天在各行各業(yè)降價(jià)的壓力下，用石墨烯來替代是完全不現(xiàn)實(shí)的。

假如它可以更便宜，一些公司會(huì)聲稱他們的石墨烯可以接近普通黑碳和石墨的價(jià)格。事實(shí)上，目前使用的數(shù)據(jù)是石墨微薄片(可能有幾十層)，而不是單層或多層石墨烯。目前制造商所面對的問題是虛假宣傳炒作的概念，違反了國家政府和廣大納稅人的誠信。

工藝特性不相容

也就是說，石墨烯比表面積大，會(huì)給現(xiàn)有鋰離子電池的分散和均質(zhì)過程帶來很多技術(shù)問題。假如電池廠會(huì)對調(diào)整過程感到厭倦，而且沒有功能指標(biāo)的突破帶來的利潤驅(qū)動(dòng)，誰會(huì)想要這個(gè)技能呢?石墨烯的外觀性能受化學(xué)條件影響較大，存在批量穩(wěn)定性、循環(huán)壽命等諸多問題。目前無法滿足鋰離子電池生產(chǎn)的具體要求。

關(guān)于石墨烯的影響制漿的實(shí)踐,研究的結(jié)果宣布的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和Vorbeck,石墨烯的知名制造商,發(fā)現(xiàn)石墨烯的影響函數(shù)的制漿過程有非常消極的影響,如下圖所示:

即使解決了以上所有問題，仍然存在以下問題。

低功率

假如將石墨烯制成負(fù)極，理論上它的容量最多是石墨負(fù)極的兩倍。初始功率低，功能受外觀影響大。

石墨烯作為導(dǎo)電劑是昂貴的

石墨烯可作為導(dǎo)電劑，促進(jìn)快速充電和釋放，理論上可改善倍增功能。然而，假如分散過程不到位，混合物是不均勻的，一切都是海市蜃樓。此外，有關(guān)碳族的高質(zhì)量和低價(jià)格的數(shù)據(jù)很多，所以沒有理由使用昂貴的石墨烯。由于石墨烯是二維的，假如你將其打開并與電極的活性材料復(fù)合，它將會(huì)堵塞鋰離子彌散的通道。因此，很難說投資是有益的還是有害的。

只說一個(gè)路標(biāo),石墨烯是一種納米材料,在過去的十年里,納米材料研究社區(qū)往往過多的手法和水,通常是可重復(fù)性差,工作技能和有用的政策脫節(jié)非常嚴(yán)重,這種現(xiàn)象一直是受歡迎的科研界有識之士的一部分,和行業(yè)。

例如，Goodenough教授、Mauger教授和Julien教授對MIT的磷酸鐵鋰快速充電、電池材料的超快充放電等工作提出了質(zhì)疑，并發(fā)表了LiFePO4鋰離子電池超快充放電的文章。充其量，它們在概念上是可行的。

許多納米數(shù)據(jù)的優(yōu)良功能僅僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室級克甚至微克級的容量上。從大規(guī)模生產(chǎn)的角度來看，他們中的許多人都有先天缺陷，與現(xiàn)有行業(yè)中許多微米級數(shù)據(jù)開發(fā)所獲得的技能不兼容。

此外，納米數(shù)據(jù)只能以低維數(shù)據(jù)的形式存在/使用，不能用于宏觀三維的實(shí)際應(yīng)用。建議政府應(yīng)該促進(jìn)技能的發(fā)展與工業(yè)化的長遠(yuǎn)政策導(dǎo)向的角度來看,新增支持試點(diǎn)項(xiàng)目,然后選擇人才的目的達(dá)到,所以,科學(xué)研究可以更好地促進(jìn)工業(yè)發(fā)展的技能。