三星石墨烯電池研發(fā)成功？或許是炒作

　　三星成功研發(fā)出“石墨烯電池”這個(gè)新聞一出，瞬間吸引了大量的媒體和業(yè)界人士的關(guān)注。但事實(shí)真實(shí)是這樣嗎？據(jù)有關(guān)人士透露此“石墨烯電池”非彼石墨烯電池。三星的做法是否又是一場(chǎng)媒體炒作。

　　最近一篇關(guān)于三星石墨烯電池文章甚囂塵上，其實(shí)這已經(jīng)不是所謂的“石墨烯”電池第一次進(jìn)入人們的視野了，此前就有關(guān)于華為“石墨烯”電池的報(bào)道，只不過最后都證明，這只是借“石墨烯”的一場(chǎng)炒作，只是資本吸引人們眼球的策略。此次報(bào)道的三星“石墨烯”電池是否也是一場(chǎng)炒作，還是真正意義上的“石墨烯”電池呢？為此我們找到了報(bào)道中出現(xiàn)的三星“石墨烯”電池論文的原文，為大家做解讀。

　　這篇來(lái)自三星的文章發(fā)表在著名的期刊——NatureCommuinication上，原文的題目如上圖所示，該文的題目的中文翻譯為《用于快速充電和高體積能量密度鋰離子電池的石墨烯球》，從題目可以看到，這篇文章是關(guān)于鋰離子電池材料的一篇論文。題目中提到的“石墨烯球”實(shí)際上是一種利用真空分解技術(shù)在SiOx顆粒的表面生長(zhǎng)石墨烯而制成的小球，這種“石墨烯球”即可以涂布在高鎳正極材料表面，抑制副反應(yīng)發(fā)生，也可以作為負(fù)極材料單獨(dú)使用。從上面的介紹可以看到，原文中提到的根本不是所謂的全新的“石墨烯”電池，而是一種采用石墨烯處理的電池材料。

　　雖然這不是許多媒體口中的具有顛覆意義的“石墨烯電池”，自然談不上取代鋰離子電池了，但是從介紹來(lái)看，這仍然是一種優(yōu)異的鋰離子電池材料，特別是在提高鋰離子電池快充性能方面，更是具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，因此小編就帶大家一起了解一下，這樣一款高性能的鋰離子電池材料。

　　文章中的“石墨烯球”（GB）實(shí)際上是In Hyuk Son利用真空分解技術(shù)CVD，以CH4為碳源，在1000℃下與直徑為20-30nm的SiO2發(fā)生反應(yīng)，SiO2顆粒被還原成為SiOx，并且顆粒表面包覆了一層石墨烯，反應(yīng)化學(xué)式如下所示。

　　這樣一種材料，我們首先想到的就是作為負(fù)極材料，的確SiOx材料是目前最為成功的高容量負(fù)極材料，但是三星的科學(xué)家卻另辟蹊徑，將“石墨烯球”作為高鎳正極材料的表面涂層材料，涂在NCM613上。三星這樣做也有他們自己的理論：石墨烯作為一種具有良好導(dǎo)電性的材料，非常適合作為正極包覆材料，提高導(dǎo)電性，抑制副反應(yīng)的發(fā)生，但是因?yàn)槭┢g強(qiáng)烈的靜電作用力使得其很容易發(fā)生團(tuán)聚，從而導(dǎo)致石墨烯很難均勻的分散在正極材料的表面?！笆┣颉蹦軌蚝芎玫慕鉀Q這一問題，即便是在1%的含量下也能夠很好的分散在NCM613材料之中，在NCM顆粒表面形成一層保護(hù)層，提高材料的界面穩(wěn)定性。

　　下圖是采用“石墨烯球”進(jìn)行包覆處理后的NCM613和沒有經(jīng)過包覆處理的材料的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。從下圖a和b我們可以看到，經(jīng)過“石墨烯球”處理后的NCM材料，在大倍率下放電能力明顯高于沒有經(jīng)過處理的材料，特別時(shí)在25℃時(shí)，這種差別更加明顯。從圖c和圖d中我們也可以注意到，在4.3V、4.4V和4.5V截止電壓下，經(jīng)過包覆處理后的NCM材料（實(shí)心球曲線）的循環(huán)性能要明顯好于對(duì)照組，特別是在60℃高溫，這一現(xiàn)象更加明顯，這主要是因?yàn)榫鶆虻摹笆┣颉卑矊雍芎玫囊种屏私缑娓狈磻?yīng)的發(fā)生，從而阻止了NCM材料從“層狀結(jié)構(gòu)”向“巖鹽結(jié)構(gòu)”衰變，提高了NCM材料的循環(huán)性能。

　　同時(shí)得益于“石墨烯球”良好的導(dǎo)電性，使得我們可以降低NCM電極中導(dǎo)電劑SP的用量，將活性物質(zhì)的比例從92%提高到97%，這也極大的提高了NCM電極的體積比容量，從而提高了鋰離子電池的體積能量密度。

　　除了作為NCM材料的涂層外，“石墨烯球”GB還能夠單獨(dú)作為一種負(fù)極材料使用，與GB-NCM（石墨烯球包覆NCM）使用，從而使鋰離子電池獲得快速充電的能力。作為負(fù)極材料的“石墨烯球”比容量可達(dá)716.2mAh/g（0.1C），在石墨烯良好的導(dǎo)電性的作用下，“石墨烯球”具有優(yōu)異的倍率性能，在10C倍率下，仍然能夠發(fā)揮240.6mAh/g的容量，是0.1C下容量的33.6%?！笆┣颉辈粌H具有優(yōu)異的倍率性能，在循環(huán)性能方面也表現(xiàn)優(yōu)異，25℃下，5C倍率循環(huán)500次，容量保持率可達(dá)88%，60℃下，5C循環(huán)500次，容量保持率可達(dá)86.1%。在全電池中“石墨烯球”也表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能，特別是在60℃下，沒有經(jīng)過處理的NMC/石墨電池容量迅速衰降，但是GB-NCM／GB電池則保持了良好的循環(huán)性能（下圖e）。

　　當(dāng)然“石墨烯球”作為負(fù)極材料時(shí)還面臨一個(gè)問題，那就是首次庫(kù)倫效率較低，這主要是因?yàn)槭┹^大的比表面積，導(dǎo)致在低電勢(shì)下副反應(yīng)較多，消耗了較多的Li+。為了解決這一問題，In Hyuk Son在使用“石墨烯球”作為負(fù)極材料時(shí)，需要首先對(duì)其進(jìn)行了預(yù)鋰化處理，在目前負(fù)極預(yù)鋰化技術(shù)還不成熟的前提下，首次效率較低也是需要我們認(rèn)真考慮的問題。

　　從上面的介紹不難看出，所謂的三星“石墨烯電池”只不過是一個(gè)炒作的噱頭，其實(shí)本質(zhì)上只是一種石墨烯／SiOx復(fù)合納米顆?！笆┣颉保疫@種“石墨烯球”更加適合作為一種NCM材料的表面涂層材料，提高NCM材料的界面穩(wěn)定性，提高循環(huán)性能；改善NCM材料的導(dǎo)電性，提高NCM的倍率性能，同時(shí)得益于石墨烯材料良好的導(dǎo)電性，能夠顯著的提高電極中正極活性物質(zhì)的比例，提高鋰離子電池的體積能量密度。

　　雖然“石墨烯球”能夠作為負(fù)極材料使用，并且也具有優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能，但是因?yàn)槠涫状涡实停仨毰浜涎a(bǔ)鋰工藝使用，因此在現(xiàn)階段補(bǔ)鋰工藝還不成熟的前提下，“石墨烯球”是否適合作為鋰離子電池負(fù)極材料還值得商榷。

　　因此總的來(lái)說(shuō)，這個(gè)材料更應(yīng)該稱作是“鋰離子電池新型石墨烯添加劑”比較合適，而不是有的媒體所吹捧的“石墨烯電池”。