石墨烯电池为什么没有取代锂电池成为电动车的电池？

石墨烯被研究者和各大媒体誉为“新材料之王”，是人类已知强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳的新型纳米材料。

集万千光芒于一身的石墨烯聚合电池，有着比能量高、充电速率快等优点，正好是当今电动 汽车 的痛点所在。比如早在2015年，华为瓦特实验室在日本第56届日本电池大会上发布的一项快充技术，这款3000mAh的石墨烯电池仅需5分钟，就可获得高达48%的电量。

更有甚者，早在2014年，西班牙Graphenano公司就与西班牙科尔瓦多大学，合作研究出了首例石墨烯聚合材料电池。

按他们的说法，这款电池有着诸多优点：

1. 一个石墨烯电池的比能量超过600wh/kg，储电量是当时市场最好产品的三倍，这个表现放在当今都能呈碾压态势（比如目前比亚迪磷酸铁锂电池的单体能量密度为150~160Wh/kg、特斯拉最新的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右）；

2. 单次续航里程可高达1000公里；

3. 单次完全充电仅需8分钟以内；

4. 使用寿命是传统氢化电池的四倍，锂电池的两倍；

5. 重量仅为传统电池的一半；

6. Graphenano表示，此款电池的成本比锂电池低77%。

如果从实验室角度看，这些数据我并不十分怀疑，因为石墨烯电池又被称为“圈钱利器”或“论文利器”。不信去大学看看就知道了，研究这东西很好发文章，但真到实用阶段，基本都哑火了。

验证这是不是故意贬低石墨烯电池，方法很简单。比如距今已经过去了4年之久，Graphenano公司再也没出现在我们的视野中。

从其官网看，最新的新闻基本都是参加国家会议或石墨烯在其他产品上的应用（比如牙科产品）。放着广阔的电动 汽车 市场不要，赚医学用品的钱，要么就是脑袋秀逗了，要么就是我们过分高估了他们的产品。

事实上就目前石墨烯在电池上的应用来说，主要是和硅结合，所谓的石墨烯电池，本质上还是属于锂电池。对锂离子电池来说，石墨烯作为碳基负极材料，是没有办法从根本上改变锂离子电池能量比数量级的。

在电池负极里面代替原来的石墨，虽然可以提升电池的整体容量和充电速度，但性能提升效果有限，并没到上文所述那般强势。

附：上图为斯坦福大学崔屹教授团队在Nature Nanotechnology上发表的题目为“Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究成果。即便如此，其性能也没有达到碾压的程度。

当然，这并不是阻碍石墨烯电池面市的主要原因，量产化困难的主要原因在其内部。

1. 全石墨烯电池成本十分高昂，而且制备难度大，几乎不可能量产。现在公布的一些惊人数据基本都来自纯度极高的石墨烯电池，仅出现在概念阶段或实验室内；

2. “掺杂石墨烯电池”在锂电池上的作用是导电剂或电极嵌锂材料，但与传统的导电碳和石墨低廉的成本相比，前者带来的性能提升不足以吸引各厂家；

3. 石墨烯材料本身具有的高比表面积等性质，与现在的锂离子电池工业的技术体系无法相容；

4. 除此之外，比如其他材料的冲击（比如硅在做负极上有着更高的理论容量）和分散工艺难度高等问题，都制约着它在锂电池上的应用。

总之，首先要说明的是，石墨烯电池取代锂电池在中短期内基本是不可能的；“掺杂石墨烯锂电池”虽然有着一定的应用前景，但收效并不大，完全不足以撼动现今的格局。

目前，在世界范围内，新能源 汽车 已经成为大势所趋，全世界各国政策都是大力支持，并且，很多国家甚至都已经制定了传统燃油车退市的时间表，可以说，在未来一段时间内，新能源车或将全面取代传统燃油车。而新能源车当中，各国尤以发展纯电动车为主要方向。

在电动车当中，三电系统是核心，而其中的电池则是核心中的核心，电池作为动力能量以及全车电力的来源，担当着十分重要的角色。目前，电动车主流的电池都是采用锂电池，这种电池能量密度适中，而且也较为成熟，制造成本也比较有优势。但是，锂电池也有非常致命的弱点，比如，安全性差，容易引发火灾；比如，充电速度慢，最快也要几个小时。

不仅如此，锂离子电池的内部阻抗高。因为锂离子电池的电解液为有机溶剂，其电导率比镍镉电池、镍氢电池的水溶液电解液要低得多，所以，锂离子电池的内部阻抗比镍镉、镍氢电池约大11倍。如直径为18mm、长50mm的单体电池的阻抗大约达90mΩ。

除此之外，锂电池工作电压变化较大。比如电池放电到额定容量的80%时，镍镉电池的电压变化很小（约20%），锂离子电池的电压变化较大（约40%）。对电池供电的设备来说，这是严重的缺点，但是由于锂离子电池放电电压变化较大，也很容易据此检测电池的剩余电量。

而石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。石墨烯已经不是什么新鲜概念了，国内外众专家学者搞了t很多年，虽然有一些振奋人心的实验现象和成果，然而也仅仅是在实验室里的理论探究阶段，其制造加工、应用效能等方面都问题重重。因此，石墨烯电池现在还不能满足量产的条件，因此暂时无法取代锂电池。

什么是石墨烯电池

我们先了解下什么是石墨烯电池，它是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。

为什么石墨烯电池被称为神奇的材料

为什么没有取代锂电池

众说周知目前电动车的锂电池多采用三元锂电池或磷酸铁锂电池，但我国锂矿及钴矿储量不足，却成了潜伏在电动 汽车 发展道路上的一个阻碍，为了避免受制于人，必须开发新材料电池。因为石墨烯的优秀特性，所以它是一个不错的方向。

但为什么现在石墨烯电池没有取代锂电池呢？是因为石墨烯电池目前多方面技术难以突破，因此还是一种处于实验室的产物。

所以，石墨烯电池现在还不能满足量产的条件，因此暂时无法取代锂电池。

石墨烯电池在可预见的将来，都不太可能取代锂电池。 一方面，技术还不成熟。另外一方面，成本还降不下来。除此之外，在安全性，稳定性等很多方面，都还有很多工作要做。而且，就算石墨烯电池真做出来并大规模应用了，也未必就能应用在电动车上，取代目前流行的锂电池。核电站有很多的优点，不代表核电站就可以随便取代其他类型的发电站。同理，石墨烯电池未必就适合在电动车上应用。只有在适合的应用场景下，特定的技术才能发挥最大的优势。

1.石墨烯电池从实验室走向市场需要一个过程，而这个过程目前还没有开始

科研成果转化成市场产品需要一个过程，而且不是每一种技术都适合大规模商用。目前来看，如果所谓石墨烯电池到底是什么也没有一个共识。 应用了一点点石墨烯作为电极材料就算石墨烯电池吗？目前市场上敢打出“石墨烯电池”这个招牌的电池，除去骗子之外，基本都是这种“掺/用了石墨烯的锂离子电池/铅酸电池”。而想象中的全石墨烯型电池，目前的确存在，但仅仅存在于实验室而已。 还远远达不到产业化标准。石墨烯潜在的应用场景也不仅仅是取代传统电池。事实上，石墨烯可能会在新型柔性电池、器件、显示、催化剂等方面更有前途。考虑到锂电池相当不错的综合表现，不错的性能，成熟的产业，较为低廉的价格，石墨烯在可预见的将来是不可能取代锂电池的。一个技术的实际价值不仅仅取决于性能，也取决于性价比，稳定性等很多方面。石墨烯想要有一天超过锂电池，成为最适合应用于 汽车 上的电池选项，必须要石墨烯在实验室表现出锂电池难以比拟的优势，随后再被各大厂商大力推广。 而目前来看，石墨烯电池还很不成熟，并没有表现出相对于锂电池的重大优势，因此，石墨烯电池连取代锂电池的可能性都不存在。 从实验室走向市场需要一个过程，对石墨烯电池而言，这个过程还没有开始。因为，还没有找到走向市场的理由。

2.石墨烯技术可能会用于加强锂电池而不是取代

虽然石墨烯电池技术是一种更新，可能也更强大的技术，但是锂电池本身也是电池技术多年来的结晶。锂电池本身有很多优点，才得以成为目前最主流的 汽车 电池。 石墨烯技术的确给电池技术的突破提供了一种可能性，但是，不代表石墨烯就一定可以完完全全顶替锂电池。 在未来，如果石墨烯相关的研究成熟，技术有了突破，把研究成果应用于锂电池，从而提高锂电池的性能，这个可能性也比石墨烯完全取代锂电池高得多。任何一种材料都有其特性， 石墨烯表面特性受化学状态影响巨大，稳定性，循环寿命等等都有很多问题，如果刻意追求用石墨烯替代锂电池，很有可能生产出实用性还不如锂电池的石墨烯电池。

综上所述， 一方面石墨烯电池技术还不成熟，另外一方面，石墨烯也未必是升级取代锂电池的理想选择。 因此，目前为止没有人会想要用石墨烯电池取代 汽车 锂电池的。

近日，菲科斯公司推出了一款石墨烯电池 汽车 ，非常吸引眼球。

石墨烯电池技术 汽车 的出现，很大程度上会大大缓解纯电动 汽车 的所带来的充电时间问题以及满电状态下的行驶里程焦虑！

不过目前市面上宣称的“石墨烯电池”是一个不准确的概念，准确的讲基本上都是在材料中加入一点石墨烯，以提高锂电池的部分性能，可以叫为石墨烯基锂离子电池。

这一技术的最大特点就是能够大幅提高电池的热稳定性和使用寿命，要知道之前的锂电池在高温下工作不仅效率低，而且会极大地降低寿命。

石墨烯，是由碳原子组成的单原子层平面薄膜，是目前世界上已知的最轻薄、最坚硬的纳米材料，因为只有一层原子，电子的运动被限制在一个平面上，使石墨烯成为了世界上导电性最好的材料。

目前，几乎所有的商品锂离子电池都采用石墨类负极材料，在负极性能相似的情况下，锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。由此可见，石墨烯在锂离子电池里面可能发挥作用的领域只有两个：直接用于负极材料和用于导电添加剂。

但是使用石墨烯作为导电剂成本比普通的炭黑高很多，锂电池的成本是关键的控制因素，不降低原材料的成本，即使石墨烯电学性能再好，一吨几十万的成本消耗电池厂家也用不起。

如果综合考量材料成本、生产工艺、加工性和电化学性能，其制造加工、应用效能等方面都问题重重。石墨烯可以作为锂电池的调味品，但是作为主材就不太合适了。因此，石墨烯电池替代锂电池成为电动 汽车 电池的可能性很小，产业化前景渺茫。

我认为石墨烯或者石墨烯复合材料实在电池领域产业化前景渺茫。主要是由于价格特别昂贵和制作工艺复杂，所以很难 取代现在广泛应用的锂电池。 这个问题问的真的很专业，但是下面好多 汽车 达人的回答并不完全正确。

首先，来聊聊这个问题存在的误区。我身边有好多课题组在做锂电和石墨烯的相关研究，为了详细的回答这个问题，今天午饭还特意跟相关领域的科研人员讨论了这个话题，现在来为大家详细的解答一下这个问题。首先纠正一下各位 汽车 达人的错误之处主要在于没有对 掺杂石墨烯电池 和 全石墨烯电池 进行区分，而两者的区别无论在 工艺 还是 价格 上都是天壤之别的。在科研界，全石墨烯电池的研究人员也并不多，至于为什么大家也不难想象了。 除了，现在的热点锂离子电池，石墨烯作为电极材料应用在储能材料上的例子比比皆是，例铝离子电池也广泛的应用了石墨烯材料（Advanced,Energy Materials, 2017, 1700051. Advanced Materials, 2017, 29, 1605958,etc),钠离子电池（ Journal of Materials Chemistry，2017,3179 ）等等，总觉得什么材料大家都想用石墨烯掺杂一下看看性能。 以至于业界，直接将电极掺杂的石墨烯的 石墨基储能材料 直接统称为 石墨烯电池 ，其实这种称谓是有一定的误导性的， 因为石墨烯并未电池材料的主体 。

什么是锂电池，其工作原理是什么？

其实经典的电化学命名规则，充电电池的命名应该是正极在前、负极在后，这样该电池体系应该命名为“氧化钻锂-石墨充电电池”。但大家可以发现名字太难记了，由于充放电过程是通过 锂离子 的移动实现的，日本人便将其命名为“ 锂离子电池 ”，简称为“ 锂电 ”。

一般来说，锂离子电池主要包括正极、负极、隔膜和电解液四个组成部分。正极材料一般都是一些富锂的层状化合物，目前常见的商用正极材料主要有钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）以及三元材料（LiMnxCo1-x-yNiyO2）等；而负极材料则主要是一些具有嵌锂电位的单质或者化合物，大致主要可以分为碳类负极材料和非碳类负极材料；隔膜主要是用来防止正负极的直接接触而导致短路，一般为不导电的高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，如PP、PE、PP/PE、PP/PE/PP 等，它具有一定的孔径和孔隙率，保证低电阻和高离子电导率。电解液是锂离子在电池正负极传输的载体，电解质溶液通常使用的电解质是LiPF6，LiClO4 等，溶剂主要有 EC、DMC、PC和ClMC等。

锂离子电池充电时，Li+从正极的富锂层状化合物中脱出，通过电解液，透过隔膜嵌入到负极材料中，这时负极变成了富锂状态，正极为贫锂状态；而放电的过程则相反，Li+首先从负极材料中脱出，经由电解液再返回到正极，此时电子经外电路从负极流向正极，从而使整个充放电过程中的电荷达到守恒。由于Li+可以在正负极材料中反复地嵌入与脱出，使锂电池可以被循环使用；而且如果用一些石墨类的负极材料代替了金属锂，可以避免了锂枝晶的产生，从而提高了锂离子电池的安全性能。下面是以LiFeO4作为锂电池正极材料，碳类材料作为负极材料时的反应方程式：

石墨烯如何在锂离子电池上应用？

石墨烯现在已经被广泛地应用到各个领域的研究。在锂离子电池研究领域也不例外，首先石墨烯的理论比容量比石墨更高，且锂离子在其中的扩散速率也比较快，但是其单独作为负极材料时容量衰减较快，循环性能并不是很理想。所以，研究者更多地是将石墨烯应用到对正负极材料的改性上，也就是制备石墨烯复合材料作为电极，所以这就是我在开头说的全石墨烯电池和石墨烯电池的主要区别所在。

主要包括以下几种：石墨烯基碳负极、石墨烯／硅负极、石墨烯／金属氧化物负极、石墨稀／硫正极等。

石墨烯基锂电池应用前景

我认为石墨烯材料这个泡沫现在确实被吹得太大了。特别是在电池行业，量产，走进人们的生活的可能性微乎其微，主要原因如下：

所以，石墨烯掺杂锂离子电池目前还无法广泛的应用，且由于工艺和成本等原因应用前景堪忧，更别提全石墨烯电池了。

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我对石墨烯的研究已经好多年了，因为石墨烯产业园就在我们常州，这里无数的科研人员在日夜研发攻克难关，这个电池不是不可以研发出来，目前已经研发成功，但是研发的产品必须让市场接受，要满足市场的需求，问题是目前的技术无法符合市场需求，最核心的问题是价格，再没找到最廉价的替代辅助材料之前，你我大家都买不起这个电池，就算买了也没传统电池划算，这样谁会买吧，小材哥还是那句话，市场不认可的老百姓买不起的研发都是屁，等死的货，别推广了，符合人民需求的不推广也被民间口碑推广的！

针对这个问题，现在给出的答案是：暂时石墨烯无法取代锂电池，但是未来可期。

先了解下什么是石墨烯电池，它是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，开发出的一种新能源电池。

作为新型黑 科技 “神奇材料”，如果石墨烯材料电池能为新能源车提供动力的话，未来极具发展前景。因为相比锂离子电池，石墨烯材料电池超轻、充电更快，成本也仅有锂电池的70%多。

所以早前，石墨烯电池”概念就已经在新能源 汽车 领域被热炒，且经过了国内外多年的研发，似乎早已从概念逐渐变为现实，不少实验现象和成果都备受众人期待。

石墨烯电池可以说是目前为止最为理想的电池材料，它的优势有很多，几乎是锂电池额短板它都能弥补。

但是石墨烯现阶段还是无法取代锂电池。

相比黑 科技 石墨烯技术，目前作为新能源车市场的主流电池类型——锂电池凭借其相对高的能量密度和成熟的成本优势，备受特斯拉等全球新能源车大厂商青睐。

生产一辆新能源 汽车 ，最终是要交到消费者手中的，现阶段的锂电池成本每千瓦时约为1000元，一辆新能源 汽车 一般需要搭载50-70度电，仅仅电池成本就需要5-7万元。而这样的成本，还是从2009年推广新能源 汽车 至今降下来的。

而石墨烯的成本有多高，相比锂电池，如果同样的石墨烯电池成本怕是和泰山一样大——石墨烯的复杂制造工艺就决定了其居高不下的成本。这也就注定了石墨烯注定是要在实验室里把冷板凳坐穿。

尽管石墨烯技术已经有所成就，并且很多厂商也都在实验室开发石墨烯电池，但石墨烯电池暂时还无法大规模生产。所以，锂电池暂时还无法被取代，不过未来可期。

电池作为电动车的动力来源从一开始就是一个环保伪命题，电池只能作为 汽车 辅助存在。

理由：1.电池通俗理解就是一个装满电子的池子，使用石墨稀或锂无非就是池里多装点电子，锂离子可带的电子比石墨稀高，所以第一个就是错误方向。

2.带电子越多越不稳定，就算石墨稀有了容量突破，结果就是增加一个危险因素。搞不好爆炸比锂电池更可怕。

3.带电子是一种能力，轻松释放电子又是一另一个问题，石墨稀根本就不容易释放电子。这又是一个方向错误的。

所以不用听别人吹牛逼说有突破90%是不靠谱的，当然如果使用石墨稀混合其它更优物质除外。

总结说石墨稀别说代替锂电池，自身能否发展都是一个问题。

纳米出来后借纳米技术炒作，量子出来后借量子技术炒作，石墨烯出来后又有人炒作。技术的突破总是太多人不了解这个技术是什么，反而乱应用、乱借题融资。所以石墨稀电池智者见智吧！

电池在电动车中的地位就相当于人类的心脏一样，是作为动力源和整车的动力源。

目前电动车的主流电池是锂电池，制造成本优势也是相对的成熟了。但是锂电池也有着非常致命的弱点，那就是安全性差以及存在着火灾的风险，此外，锂电池在工作的时候电压变化会很大，是利也是弊，也真是因为这一原因，所以很容易检测到电池的剩余电量。

至于传统的锂电池有这么多的问题，为什么不选择使用石墨烯电池呢？近年来，石墨烯电池这个概念还是非常火的，作为一种新能源的电池也是被很多的国内外专家研究，所以还只是处在一个研究的状态中，想要正式的商用，进行大规模的生产还是有一定的困难的，所以石墨烯技术想要代替锂电池还需要一定的时间等待。

值得一提的是，商人重利轻义，锂电池的市场如果越大的话，那么关于锂电池的维修市场也将继续扩大，一个产业又催生出了另一个产业，为此，不少的人也是从锂电池行业中获得了丰厚的回报。

不过我相信随着新能源 汽车 将取代传统的燃油 汽车 ，所以在新能源 汽车 中，纯电动 汽车 将成为主要的方向，而锂电池或许也会被石墨烯技术所取代，但需要一个时间的更迭。

1.壳可以保护核，使得核更稳定

2.表面修饰，而壳很活泼，譬如以二氧化硅为壳，由于硅烷试剂可选择较多，能修饰你想要的功能基团

3.核壳结构的电子结构可以杂化，从而优化性能，譬如CdSe包裹ZnS

4.核壳结构还能复合各种性能，譬如Fe3O4@Au，其既有SPR也有磁性

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