电动汽车的巡航里程与良好的用户体验息息相关，而动力电池则是决定巡航里程的关键因素。因此，电池技术的每一次突破，都会成为业界关注的焦点。最近，关于三星推出“石墨烯电池”再次引起各界高度重视，据称可将电池容量提高45%，而充电速度提高至现有标准的五倍。按照现在锂电池充电1小时计算，它只需要12分钟即可充满电，当然，由于电池的容量提高了，时间会相应增加一些。但是不管怎样，这样的技术都是令人振奋的，尽管这种电池只能在最高60摄氏度以下的温度范围内保持稳定。

我们都知道，石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料。由于物理、化学稳定性较高，电传导性比铜高出100倍以上，比二氧化硅高出140倍以上，是快速充电材料的不二之选。从理论上看，石墨烯在电池领域的应用形式有三种：一是直接作为正/负极材料；二是作为导电添加剂，添加到正/负极电极材料中，或对电极材料进行复合改性处理，提高电极导电性和充放电倍率；三是作为集流体或集流体涂层，用于提高电池功率特性。实际中，石墨烯在锂离子电池上的应用主要采取后两种方式，因为石墨烯直接作为负极材料时，其表面特性容易受外界影响，稳定性极差，存在首次效率低下等问题，难以满足锂离子电池性能需求。

而本次三星推出的所谓石墨烯电池，正是第二种方式，其核心是利用低廉二氧化硅（SiO2）大量合成三次元立体形态的石墨烯，将这种“石墨烯球”用于锂电池正极保护膜和负极材料，获得了不错的实验效果，充电容量显著提高、充电时间大大减少、稳定性也非常出色。

石墨烯球内部结构

据小电认真查阅信息得知，这种 “石墨烯球”实际上是一种利用真空分解技术在SiOx颗粒的表面生长石墨烯而制成的小球，“石墨烯球”既可以涂布在高镍正极材料表面，抑制副反应发生。

“石墨烯球”（GB）是利用真空分解技术CVD，以CH4为碳源，在1000℃下与直径为20-30nm的SiO2发生反应，SiO2颗粒被还原成为SiOx，并且颗粒表面包覆了一层石墨烯，反应化学式如下所示：

如果用这种“石墨烯球”直接做负极材料，就是真正的石墨烯基电池了，但“石墨烯球”作为负极材料面临一个问题，那就是首次库伦效率较低，因为石墨烯较大的比表面积，导致在低电势下副反应较多，消耗了较多的Li+。为了解决这一问题，在使用“石墨烯球”作为负极材料时，需要首先对其进行预锂化处理，配合补锂工艺使用，在现阶段补锂工艺还不成熟的前提下，“石墨烯球”是否适合作为锂离子电池负极材料还有待时间的考验。

直接做负极材料并不理想的情况下，三星的科学家采用将“石墨烯球”作为高镍正极材料的表面涂层材料，涂在NCM613上。三星这样做的理由是：石墨烯作为一种具有良好导电性的材料，非常适合作为正极包覆材料，提高导电性，抑制副反应的发生，但是因为石墨烯片之间强烈的静电作用力使得其很容易发生团聚，从而导致石墨烯很难均匀的分散在正极材料的表面。“石墨烯球”能够很好的解决这一问题，即便是在1%的含量下也能够很好的分散在NCM613材料之中，在NCM颗粒表面形成一层保护层，提高材料的界面稳定性。

下图是采用“石墨烯球”进行包覆处理后的NCM613和没有经过包覆处理的材料的电化学性能测试结果。从下图a和b我们可以看到，经过“石墨烯球”处理后的NCM材料，在大倍率下放电能力明显高于没有经过处理的材料，特别时在25℃时，这种差别更加明显。从图c和图d中我们也可以注意到，在4.3V、4.4V和4.5V截止电压下，经过包覆处理后的NCM材料（实心球曲线）的循环性能要明显好于对照组，特别是在60℃高温，这一现象更加明显，这主要是因为均匀的“石墨烯球”包覆层很好的抑制了界面副反应的发生，从而阻止了NCM材料从“层状结构”向“岩盐结构”衰变，提高了NCM材料的循环性能。

同时得益于“石墨烯球”良好的导电性，可以降低NCM电极中导电剂SP的用量，将活性物质的比例从92%提高到97%，这也极大的提高了NCM电极的体积比容量，从而提高了锂离子电池的体积能量密度。

小电评：

虽然，用石墨烯直接做负极材料与锂离子配合是理论上的最佳组合，但在目前尚不能稳定控制其活性的情况下，退而其次，将石墨烯与硅化物结合使用，也不失为一种很好地折中方案。石墨烯材料在电池中的运用可能有很多种方式，而并非单一地只是做电极，作为电极的涂层或是集流体涂层，更加符合当下的技术条件，也更容易实现量产，关键是对于锂离子电池性能的提升效果是显著地。