石墨烯電池為什麽沒有取代鋰電池成為電動車的電池？

石墨烯被研究者和各大媒體譽為“新材料之王”，是人類已知強度高、韌性好、重量輕、透光率高、導電性佳的新型納米材料。

集萬千光芒於壹身的石墨烯聚合電池，有著比能量高、充電速率快等優點，正好是當今電動 汽車 的痛點所在。比如早在2015年，華為瓦特實驗室在日本第56屆日本電池大會上發布的壹項快充技術，這款3000mAh的石墨烯電池僅需5分鐘，就可獲得高達48%的電量。

更有甚者，早在2014年，西班牙Graphenano公司就與西班牙科爾瓦多大學，合作研究出了首例石墨烯聚合材料電池。

按他們的說法，這款電池有著諸多優點：

1. 壹個石墨烯電池的比能量超過600wh/kg，儲電量是當時市場最好產品的三倍，這個表現放在當今都能呈碾壓態勢（比如目前比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700電池系統的能量密度在300Wh/kg左右）；

2. 單次續航裏程可高達1000公裏；

3. 單次完全充電僅需8分鐘以內；

4. 使用壽命是傳統氫化電池的四倍，鋰電池的兩倍；

5. 重量僅為傳統電池的壹半；

6. Graphenano表示，此款電池的成本比鋰電池低77%。

如果從實驗室角度看，這些數據我並不十分懷疑，因為石墨烯電池又被稱為“圈錢利器”或“論文利器”。不信去大學看看就知道了，研究這東西很好發文章，但真到實用階段，基本都啞火了。

驗證這是不是故意貶低石墨烯電池，方法很簡單。比如距今已經過去了4年之久，Graphenano公司再也沒出現在我們的視野中。

從其官網看，最新的新聞基本都是參加國家會議或石墨烯在其他產品上的應用（比如牙科產品）。放著廣闊的電動 汽車 市場不要，賺醫學用品的錢，要麽就是腦袋秀逗了，要麽就是我們過分高估了他們的產品。

事實上就目前石墨烯在電池上的應用來說，主要是和矽結合，所謂的石墨烯電池，本質上還是屬於鋰電池。對鋰離子電池來說，石墨烯作為碳基負極材料，是沒有辦法從根本上改變鋰離子電池能量比數量級的。

在電池負極裏面代替原來的石墨，雖然可以提升電池的整體容量和充電速度，但性能提升效果有限，並沒到上文所述那般強勢。

附：上圖為斯坦福大學崔屹教授團隊在Nature Nanotechnology上發表的題目為“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。即便如此，其性能也沒有達到碾壓的程度。

當然，這並不是阻礙石墨烯電池面市的主要原因，量產化困難的主要原因在其內部。

1. 全石墨烯電池成本十分高昂，而且制備難度大，幾乎不可能量產。現在公布的壹些驚人數據基本都來自純度極高的石墨烯電池，僅出現在概念階段或實驗室內；

2. “摻雜石墨烯電池”在鋰電池上的作用是導電劑或電極嵌鋰材料，但與傳統的導電碳和石墨低廉的成本相比，前者帶來的性能提升不足以吸引各廠家；

3. 石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質，與現在的鋰離子電池工業的技術體系無法相容；

4. 除此之外，比如其他材料的沖擊（比如矽在做負極上有著更高的理論容量）和分散工藝難度高等問題，都制約著它在鋰電池上的應用。

總之，首先要說明的是，石墨烯電池取代鋰電池在中短期內基本是不可能的；“摻雜石墨烯鋰電池”雖然有著壹定的應用前景，但收效並不大，完全不足以撼動現今的格局。

目前，在世界範圍內，新能源 汽車 已經成為大勢所趨，全世界各國政策都是大力支持，並且，很多國家甚至都已經制定了傳統燃油車退市的時間表，可以說，在未來壹段時間內，新能源車或將全面取代傳統燃油車。而新能源車當中，各國尤以發展純電動車為主要方向。

在電動車當中，三電系統是核心，而其中的電池則是核心中的核心，電池作為動力能量以及全車電力的來源，擔當著十分重要的角色。目前，電動車主流的電池都是采用鋰電池，這種電池能量密度適中，而且也較為成熟，制造成本也比較有優勢。但是，鋰電池也有非常致命的弱點，比如，安全性差，容易引發火災；比如，充電速度慢，最快也要幾個小時。

不僅如此，鋰離子電池的內部阻抗高。因為鋰離子電池的電解液為有機溶劑，其電導率比鎳鎘電池、鎳氫電池的水溶液電解液要低得多，所以，鋰離子電池的內部阻抗比鎳鎘、鎳氫電池約大11倍。如直徑為18mm、長50mm的單體電池的阻抗大約達90mΩ。

除此之外，鋰電池工作電壓變化較大。比如電池放電到額定容量的80%時，鎳鎘電池的電壓變化很小（約20%），鋰離子電池的電壓變化較大（約40%）。對電池供電的設備來說，這是嚴重的缺點，但是由於鋰離子電池放電電壓變化較大，也很容易據此檢測電池的剩余電量。

而石墨烯電池是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的壹種新能源電池。石墨烯已經不是什麽新鮮概念了，國內外眾專家學者搞了t很多年，雖然有壹些振奮人心的實驗現象和成果，然而也僅僅是在實驗室裏的理論探究階段，其制造加工、應用效能等方面都問題重重。因此，石墨烯電池現在還不能滿足量產的條件，因此暫時無法取代鋰電池。

什麽是石墨烯電池

我們先了解下什麽是石墨烯電池，它是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的壹種新能源電池。

為什麽石墨烯電池被稱為神奇的材料

為什麽沒有取代鋰電池

眾說周知目前電動車的鋰電池多采用三元鋰電池或磷酸鐵鋰電池，但我國鋰礦及鈷礦儲量不足，卻成了潛伏在電動 汽車 發展道路上的壹個阻礙，為了避免受制於人，必須開發新材料電池。因為石墨烯的優秀特性，所以它是壹個不錯的方向。

但為什麽現在石墨烯電池沒有取代鋰電池呢？是因為石墨烯電池目前多方面技術難以突破，因此還是壹種處於實驗室的產物。

所以，石墨烯電池現在還不能滿足量產的條件，因此暫時無法取代鋰電池。

石墨烯電池在可預見的將來，都不太可能取代鋰電池。 壹方面，技術還不成熟。另外壹方面，成本還降不下來。除此之外，在安全性，穩定性等很多方面，都還有很多工作要做。而且，就算石墨烯電池真做出來並大規模應用了，也未必就能應用在電動車上，取代目前流行的鋰電池。核電站有很多的優點，不代表核電站就可以隨便取代其他類型的發電站。同理，石墨烯電池未必就適合在電動車上應用。只有在適合的應用場景下，特定的技術才能發揮最大的優勢。

科研成果轉化成市場產品需要壹個過程，而且不是每壹種技術都適合大規模商用。目前來看，如果所謂石墨烯電池到底是什麽也沒有壹個***識。 應用了壹點點石墨烯作為電極材料就算石墨烯電池嗎？目前市場上敢打出“石墨烯電池”這個招牌的電池，除去騙子之外，基本都是這種“摻/用了石墨烯的鋰離子電池/鉛酸電池”。而想象中的全石墨烯型電池，目前的確存在，但僅僅存在於實驗室而已。 還遠遠達不到產業化標準。石墨烯潛在的應用場景也不僅僅是取代傳統電池。事實上，石墨烯可能會在新型柔性電池、器件、顯示、催化劑等方面更有前途。考慮到鋰電池相當不錯的綜合表現，不錯的性能，成熟的產業，較為低廉的價格，石墨烯在可預見的將來是不可能取代鋰電池的。壹個技術的實際價值不僅僅取決於性能，也取決於性價比，穩定性等很多方面。石墨烯想要有壹天超過鋰電池，成為最適合應用於 汽車 上的電池選項，必須要石墨烯在實驗室表現出鋰電池難以比擬的優勢，隨後再被各大廠商大力推廣。 而目前來看，石墨烯電池還很不成熟，並沒有表現出相對於鋰電池的重大優勢，因此，石墨烯電池連取代鋰電池的可能性都不存在。 從實驗室走向市場需要壹個過程，對石墨烯電池而言，這個過程還沒有開始。因為，還沒有找到走向市場的理由。

雖然石墨烯電池技術是壹種更新，可能也更強大的技術，但是鋰電池本身也是電池技術多年來的結晶。鋰電池本身有很多優點，才得以成為目前最主流的 汽車 電池。 石墨烯技術的確給電池技術的突破提供了壹種可能性，但是，不代表石墨烯就壹定可以完完全全頂替鋰電池。 在未來，如果石墨烯相關的研究成熟，技術有了突破，把研究成果應用於鋰電池，從而提高鋰電池的性能，這個可能性也比石墨烯完全取代鋰電池高得多。任何壹種材料都有其特性， 石墨烯表面特性受化學狀態影響巨大，穩定性，循環壽命等等都有很多問題，如果刻意追求用石墨烯替代鋰電池，很有可能生產出實用性還不如鋰電池的石墨烯電池。

綜上所述， 壹方面石墨烯電池技術還不成熟，另外壹方面，石墨烯也未必是升級取代鋰電池的理想選擇。 因此，目前為止沒有人會想要用石墨烯電池取代 汽車 鋰電池的。

近日，菲科斯公司推出了壹款石墨烯電池 汽車 ，非常吸引眼球。

石墨烯電池技術 汽車 的出現，很大程度上會大大緩解純電動 汽車 的所帶來的充電時間問題以及滿電狀態下的行駛裏程焦慮！

不過目前市面上宣稱的“石墨烯電池”是壹個不準確的概念，準確的講基本上都是在材料中加入壹點石墨烯，以提高鋰電池的部分性能，可以叫為石墨烯基鋰離子電池。

這壹技術的最大特點就是能夠大幅提高電池的熱穩定性和使用壽命，要知道之前的鋰電池在高溫下工作不僅效率低，而且會極大地降低壽命。

石墨烯，是由碳原子組成的單原子層平面薄膜，是目前世界上已知的最輕薄、最堅硬的納米材料，因為只有壹層原子，電子的運動被限制在壹個平面上，使石墨烯成為了世界上導電性最好的材料。

目前，幾乎所有的商品鋰離子電池都采用石墨類負極材料，在負極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上取決於正極材料。由此可見，石墨烯在鋰離子電池裏面可能發揮作用的領域只有兩個：直接用於負極材料和用於導電添加劑。

但是使用石墨烯作為導電劑成本比普通的炭黑高很多，鋰電池的成本是關鍵的控制因素，不降低原材料的成本，即使石墨烯電學性能再好，壹噸幾十萬的成本消耗電池廠家也用不起。

如果綜合考量材料成本、生產工藝、加工性和電化學性能，其制造加工、應用效能等方面都問題重重。石墨烯可以作為鋰電池的調味品，但是作為主材就不太合適了。因此，石墨烯電池替代鋰電池成為電動 汽車 電池的可能性很小，產業化前景渺茫。

首先，來聊聊這個問題存在的誤區。我身邊有好多課題組在做鋰電和石墨烯的相關研究，為了詳細的回答這個問題，今天午飯還特意跟相關領域的科研人員討論了這個話題，現在來為大家詳細的解答壹下這個問題。首先糾正壹下各位 汽車 達人的錯誤之處主要在於沒有對 摻雜石墨烯電池 和 全石墨烯電池 進行區分，而兩者的區別無論在 工藝 還是 價格 上都是天壤之別的。在科研界，全石墨烯電池的研究人員也並不多，至於為什麽大家也不難想象了。 除了，現在的熱點鋰離子電池，石墨烯作為電極材料應用在儲能材料上的例子比比皆是，例鋁離子電池也廣泛的應用了石墨烯材料（Advanced,Energy Materials, 2017, 1700051. Advanced Materials, 2017, 29, 1605958,etc),鈉離子電池（ Journal of Materials Chemistry，2017,3179 ）等等，總覺得什麽材料大家都想用石墨烯摻雜壹下看看性能。 以至於業界，直接將電極摻雜的石墨烯的 石墨基儲能材料 直接統稱為 石墨烯電池 ，其實這種稱謂是有壹定的誤導性的， 因為石墨烯並未電池材料的主體 。

其實經典的電化學命名規則，充電電池的命名應該是正極在前、負極在後，這樣該電池體系應該命名為“氧化鉆鋰-石墨充電電池”。但大家可以發現名字太難記了，由於充放電過程是通過 鋰離子 的移動實現的，日本人便將其命名為“ 鋰離子電池 ”，簡稱為“ 鋰電 ”。

壹般來說，鋰離子電池主要包括正極、負極、隔膜和電解液四個組成部分。正極材料壹般都是壹些富鋰的層狀化合物，目前常見的商用正極材料主要有鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、磷酸鐵鋰（LiFePO4）以及三元材料（LiMnxCo1-x-yNiyO2）等；而負極材料則主要是壹些具有嵌鋰電位的單質或者化合物，大致主要可以分為碳類負極材料和非碳類負極材料；隔膜主要是用來防止正負極的直接接觸而導致短路，壹般為不導電的高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜，如PP、PE、PP/PE、PP/PE/PP 等，它具有壹定的孔徑和孔隙率，保證低電阻和高離子電導率。電解液是鋰離子在電池正負極傳輸的載體，電解質溶液通常使用的電解質是LiPF6，LiClO4 等，溶劑主要有 EC、DMC、PC和ClMC等。

鋰離子電池充電時，Li+從正極的富鋰層狀化合物中脫出，通過電解液，透過隔膜嵌入到負極材料中，這時負極變成了富鋰狀態，正極為貧鋰狀態；而放電的過程則相反，Li+首先從負極材料中脫出，經由電解液再返回到正極，此時電子經外電路從負極流向正極，從而使整個充放電過程中的電荷達到守恒。由於Li+可以在正負極材料中反復地嵌入與脫出，使鋰電池可以被循環使用；而且如果用壹些石墨類的負極材料代替了金屬鋰，可以避免了鋰枝晶的產生，從而提高了鋰離子電池的安全性能。下面是以LiFeO4作為鋰電池正極材料，碳類材料作為負極材料時的反應方程式：

石墨烯現在已經被廣泛地應用到各個領域的研究。在鋰離子電池研究領域也不例外，首先石墨烯的理論比容量比石墨更高，且鋰離子在其中的擴散速率也比較快，但是其單獨作為負極材料時容量衰減較快，循環性能並不是很理想。所以，研究者更多地是將石墨烯應用到對正負極材料的改性上，也就是制備石墨烯復合材料作為電極，所以這就是我在開頭說的全石墨烯電池和石墨烯電池的主要區別所在。

主要包括以下幾種：石墨烯基碳負極、石墨烯／矽負極、石墨烯／金屬氧化物負極、石墨稀／硫正極等。

我認為石墨烯材料這個泡沫現在確實被吹得太大了。特別是在電池行業，量產，走進人們的生活的可能性微乎其微，主要原因如下：

所以，石墨烯摻雜鋰離子電池目前還無法廣泛的應用，且由於工藝和成本等原因應用前景堪憂，更別提全石墨烯電池了。

我對石墨烯的研究已經好多年了，因為石墨烯產業園就在我們常州，這裏無數的科研人員在日夜研發攻克難關，這個電池不是不可以研發出來，目前已經研發成功，但是研發的產品必須讓市場接受，要滿足市場的需求，問題是目前的技術無法符合市場需求，最核心的問題是價格，再沒找到最廉價的替代輔助材料之前，妳我大家都買不起這個電池，就算買了也沒傳統電池劃算，這樣誰會買吧，小材哥還是那句話，市場不認可的老百姓買不起的研發都是屁，等死的貨，別推廣了，符合人民需求的不推廣也被民間口碑推廣的！

針對這個問題，現在給出的答案是：暫時石墨烯無法取代鋰電池，但是未來可期。

先了解下什麽是石墨烯電池，它是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的壹種新能源電池。

作為新型黑 科技 “神奇材料”，如果石墨烯材料電池能為新能源車提供動力的話，未來極具發展前景。因為相比鋰離子電池，石墨烯材料電池超輕、充電更快，成本也僅有鋰電池的70%多。

所以早前，石墨烯電池”概念就已經在新能源 汽車 領域被熱炒，且經過了國內外多年的研發，似乎早已從概念逐漸變為現實，不少實驗現象和成果都備受眾人期待。

石墨烯電池可以說是目前為止最為理想的電池材料，它的優勢有很多，幾乎是鋰電池額短板它都能彌補。

但是石墨烯現階段還是無法取代鋰電池。

相比黑 科技 石墨烯技術，目前作為新能源車市場的主流電池類型——鋰電池憑借其相對高的能量密度和成熟的成本優勢，備受特斯拉等全球新能源車大廠商青睞。

生產壹輛新能源 汽車 ，最終是要交到消費者手中的，現階段的鋰電池成本每千瓦時約為1000元，壹輛新能源 汽車 壹般需要搭載50-70度電，僅僅電池成本就需要5-7萬元。而這樣的成本，還是從2009年推廣新能源 汽車 至今降下來的。

而石墨烯的成本有多高，相比鋰電池，如果同樣的石墨烯電池成本怕是和泰山壹樣大——石墨烯的復雜制造工藝就決定了其居高不下的成本。這也就註定了石墨烯註定是要在實驗室裏把冷板凳坐穿。

盡管石墨烯技術已經有所成就，並且很多廠商也都在實驗室開發石墨烯電池，但石墨烯電池暫時還無法大規模生產。所以，鋰電池暫時還無法被取代，不過未來可期。

電池作為電動車的動力來源從壹開始就是壹個環保偽命題，電池只能作為 汽車 輔助存在。

理由：1.電池通俗理解就是壹個裝滿電子的池子，使用石墨稀或鋰無非就是池裏多裝點電子，鋰離子可帶的電子比石墨稀高，所以第壹個就是錯誤方向。

2.帶電子越多越不穩定，就算石墨稀有了容量突破，結果就是增加壹個危險因素。搞不好爆炸比鋰電池更可怕。

3.帶電子是壹種能力，輕松釋放電子又是壹另壹個問題，石墨稀根本就不容易釋放電子。這又是壹個方向錯誤的。

所以不用聽別人吹牛逼說有突破90%是不靠譜的，當然如果使用石墨稀混合其它更優物質除外。

總結說石墨稀別說代替鋰電池，自身能否發展都是壹個問題。

納米出來後借納米技術炒作，量子出來後借量子技術炒作，石墨烯出來後又有人炒作。技術的突破總是太多人不了解這個技術是什麽，反而亂應用、亂借題融資。所以石墨稀電池智者見智吧！

電池在電動車中的地位就相當於人類的心臟壹樣，是作為動力源和整車的動力源。

目前電動車的主流電池是鋰電池，制造成本優勢也是相對的成熟了。但是鋰電池也有著非常致命的弱點，那就是安全性差以及存在著火災的風險，此外，鋰電池在工作的時候電壓變化會很大，是利也是弊，也真是因為這壹原因，所以很容易檢測到電池的剩余電量。

至於傳統的鋰電池有這麽多的問題，為什麽不選擇使用石墨烯電池呢？近年來，石墨烯電池這個概念還是非常火的，作為壹種新能源的電池也是被很多的國內外專家研究，所以還只是處在壹個研究的狀態中，想要正式的商用，進行大規模的生產還是有壹定的困難的，所以石墨烯技術想要代替鋰電池還需要壹定的時間等待。

值得壹提的是，商人重利輕義，鋰電池的市場如果越大的話，那麽關於鋰電池的維修市場也將繼續擴大，壹個產業又催生出了另壹個產業，為此，不少的人也是從鋰電池行業中獲得了豐厚的回報。

不過我相信隨著新能源 汽車 將取代傳統的燃油 汽車 ，所以在新能源 汽車 中，純電動 汽車 將成為主要的方向，而鋰電池或許也會被石墨烯技術所取代，但需要壹個時間的更叠。

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