石墨烯电池的详细介绍

华为Mate8发布会开始前，微博上就出现了这样一条预告——华为Mate8将使用石墨烯电池。紧接着“石墨烯电池已经研发成功，并且已经商用化应用在华为Mate8智能手机上了”的消息在互联网上不胫而走——在Mate8发布前释放半真半假的消息，以犹抱琵琶半遮面的形式使华为Mate8手机也随着石墨烯电池消息的传播而备受关注。

然而，我们都知道，事实上Mate8并没有采用石墨烯电池（原因下文会提到），但是这也给了我一个聊一聊石墨烯电池的机会。

石墨烯电池并非颠覆性革命

所谓石墨烯电池并非整个电池都用石墨烯材料制作，而是在电池的电极使用石墨烯材料。

石墨是目前锂离子电池中最常用的负极材料，充电时，Li嵌入到石墨层间形成插层化合物，Li完全嵌入时，每个石墨层都嵌入一层Li，对应化合物LiC6，理论比容量为372mAh/g。当每片单层石墨都以杂乱无章的方式排列，则在单层石墨的两侧表面都可以结合Li，理论比容量提高了一倍，即744mAh/g。由于石墨烯的缺陷位、片层边缘及石墨烯堆积形成的微孔结构都可以存储Li。因此，在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。（编者注：看不懂的看这句话就够了==）

如果将石墨烯和SnO2，Mn3O4，CuO等电导率比较低的正极、负极纳米材料进行复合，如Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4等，就能提高锂离子电池的循环性能。中科院金属研究所在PNAS发表论文，将正极材料LiFePO4和负极材料Li4Ti5O12分别与石墨烯复合，制备了LiFePO4-石墨烯/Li4Ti5O12-石墨烯为电极的具有高充放电速率的柔性锂离子电池，石墨烯作为锂离子及电子的通路，同时起到了导电添加剂和集流体的作用。

（复合电极材料结构图）

另外，如果将石墨烯和炭黑混合后作为导电添加剂加入锂电池可以有效降低电池内阻，提升电池倍率充放电性能和循环寿命，而且电池的弯折对充放电性能没有影响。

因此，电极采用石墨烯材料后，使电池具备高充放电速率是石墨烯电池具备快速充电的原因，相对于华为、高通、步步高通过大电流密度下充放电实现快速充电的做法，采用石墨烯电极材料实现快速充电并不会像前者那样削减电池寿命。因为石墨烯电池中的储能物质依旧是锂离子，所以石墨烯电池并非像网络流传的那样是对锂电池的颠覆。

那么，Mate 8说采用石墨烯电池是怎么回事？

Mate8并未采用石墨烯电池

在市场压力之下，华为的转型做得彻底，也最优效率——通过线上抢购，建立粉丝团等手法，使华为的网络关注度不断提升，“花粉”在网络上更是形成了不亚于“米粉”的传播能力，华为历次新品发布中都少不了花粉和网络营销公司的身影——在正反两方的争论中吸引流量和眼球，使华为获得日常无法企及的关注度。

本次微博上流传出华为Mate8将使用石墨烯电池的消息，就是华为典型的网络营销案例——通过自媒体的虚假消息成功使Mate8还未发布就获得了非常大的舆论关注度。

而最好的证据就是华为和曼切斯特大学关于石墨烯技术的合作着眼于通信领域，而非石墨烯电池。而余承东在两个多小时的发布会上对石墨烯电池只字不提，更证明了Mate8并没有采用石墨烯技术，否则以余承东以往的言行，自然不会放过这么好的营销点。

华为快冲技术的庐山真面目

既然华为Mate8并没有采用石墨烯技术，发布会上的快速充电又是怎么回事呢？

早先的锂电池，大电流密度下充放电对电池寿命损失很大。近年来，虽然锂电池的能量密度提升有限，但在相同寿命的情况下，大电流密度下充电提升了不少。

高通的QuickCharge充电采用调整充电器的输出电压，使之获得设备允许的安全最高充电电压，在保护充电设备的前提下节省充电时间。

比如原来用的电压和电流为5V、1A/2A，但高通QC快速充电用电压和电流为9V、2A/12V、1.67A，因为功率变大了，充电速度自然变快了。

而步步高的VOOC快速则是采用加大电流的办法，虽然电压依旧是5V，但电流提升到5A，功率提升后充电自然变快。

华为的做法和高通类似，电压和电流分别采用9V、2A，而Mate8快速充电的奥妙就在于此。相对于步步高的VOOC，高通的QC和华为的快速充电具有成本更低的优势，因microUSB只能够承受2A的电流，所以充电接口和主板线路都要进行改造，还使用了并联电池，成本会因此有所提升。

相对于提升电压或电流的做法，石墨烯电池的快速充电就更有技术美感。

石墨烯电池离大规模商用尚需时日

石墨烯电池技术前景到底如何还是值得商榷的——墨西科技已经将石墨烯的制造成本从每克5000元降至每克不足3元，并开发出石墨烯导电浆料和导电添加剂等用于锂电池和超级电容器的产品，而且使用石墨烯电池的手机早已问世。

今年上市的一款名为“开拓者α”的手机就采用由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发的石墨烯触摸屏、电池和导热膜等新材料，手机触控屏幕不偏色不泛黄，色彩真实、纯净，通透性也比传统屏幕好，手机充电速率提高了40%，电池寿命延长了50%，电池的能量密度也增加10%。

（采用石墨烯技术的手机）

从中可以看出，采用石墨烯材料的电极虽然大幅提升了电池寿命和电池充电速度，但因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兼容，能量密度并没有实现理论上的翻倍，仅仅提升了10%。

在采用石墨烯技术后，“开拓者α”手机的价格更是“感人”，以至于毫无性价比可言——采用5.5英寸1080p屏幕，搭载骁龙64位四核处理器，内置2GBRAM+16GBROM存储组合，前置500万+后置800万像素摄像头，支持中国移动4G网络——虽然石墨烯原材料的制造成本不高，但技术应用的成本着实不低，以至于开拓者α相当于千元机的配置，售价却高达2499元。

因此，虽然石墨烯电池的能量密度在理论上能得到大幅提升，但以现今的技术水平，实际应用中能量密度提升非常有限。网络上流传的关于“石墨烯电池充电10分钟跑1000公里；采用石墨烯电极的新型电池的比功率为100kW/kg，比商业锂离子电池高100倍。”

以当今的技术水平而言，这些神乎其技的描述还只能存在于理论上，其噱头意义远大于实用价值。这些说法在网络上能够广为流传，更多的是一些企业以石墨烯为噱头进行炒作提升股价或是从事资本运作，而国内真正从事石墨烯行业的和科研机构目前大多处于巨额投资的烧钱过程中，还远远未到技术成熟到可以大规模商业应用的阶段。

结语

从现今石墨烯技术的实际应用来看，采用石墨烯材料的电极确实能提升锂电池的充放电速率和锂电池的寿命，但对大幅提升电池的能量密度还力有不逮。而相对较高的成本和相对有限的性能提升会使搭载石墨烯电池的手机缺乏市场竞争力。因此，以现阶段的技术水平来看，除非整机制造商良心发现，手机普遍采用石墨烯电池尚需时日。

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