引言：昨天，有相关媒体发布了三星开发出石墨烯电池的新闻，新闻内显示，三星的石墨烯技术可以使电池容量提高45%，同时电池的充电时间仅需要12分钟。那么今天就由NE研究院为大家详解下三星的这款石墨烯电池有何神奇的地方。
有关于石墨烯电池的说法，其实并不新鲜，早在2012年，就有一家西班牙公司Graphenano宣称以工业规模生产石墨烯电池，据称能量密度高达到600wh/kg,不过迄今为止，还没有人见过这家企业的电池真正的在市场上应用。而在2016年国内某移动终端大佬也宣称通过石墨烯延长了电池使用寿命，不过石墨烯的作用主要是散热，并未从本质上改善电池的化学性能。
不过这回是来自在电池领域领先的三星，看起来靠谱多了，但是目前媒体对其具体的化学体系和原理没有详细的解释，那么这次三星是使用了什么黑科技呢？今天，NE研究院找来了三星发表在Nature Communications上的论文，详细为大家介绍一下。
三星开发的快充、高容量电池石墨烯锂电池
事实上，三星此次报道的电池中所使用的并不是单纯的石墨烯，而是石墨烯-二氧化硅组合物，三星叫做石墨烯球（Graphene ball，下文中简称为GB）。三星通过将这种石墨烯球材料涂覆NCM正极材料，同时也拿来做负极材料，从而实现能量密度和快充性能的提升。
石墨烯球体是使用CVD方法在高温下使用20-30nm半径的SiO2粒子和甲烷气体共同制备。
使用CVD工艺制备石墨烯球
从微观角度上来说，石墨烯球体和原来的石墨烯截然不同，原来的石墨烯更像是薄片状的结构，而石墨烯球体则是爆米花状的结构。
显微镜下普通石墨烯的结构
三星制备的GB石墨烯球显微镜下结构
其实由于石墨烯的原子层厚度的特征，本来是用来涂覆高能量正极材料保护层的理想材料，但工艺性能不佳，由于石墨烯晶体间的静电作用，只能使用球磨法制备，但制备速度极慢，且很难在保证不伤害主材料。
而三则通过球磨法将石墨烯球覆盖在NCM613材料上，仅需要10分钟且不伤害主材料。由于其中SiO2粒子的存在，使得GB可以在NCM粒子上形成剪切力，从而形成内部相互作用力，甚至相互渗透。
使用球磨法在NCM正极材料上涂覆石墨烯球
由于涂覆了石墨烯球带来的导电性增强，使得电极的体积密度增加了33.3%，同时也极大的提高了电池的快充和高温性能。在放电速率提高的情况下GB-NCM的性能要优于纯NCM材料。
GB-NCM材料的快充性能显著优于纯NCM材料
另外一个实验结果显示，5C的放电倍率下，GB-NCM//GB的快充优势更加明显，在60摄氏度和25摄氏度的情况下，500次循环后，电池衰减依然保持在88%和86.1%。而纯NCM/石墨电池衰减非常严重。目前媒体所报道的12分钟快充，很大可能也是来自这里。
GB-NCM材料在60摄氏度、5C充电倍率下性能稳定
同时，通过在负极上使用GB材料，提高了负极材料的初始比能量密度，初始库仑效率达到了99%。通过对两种不同化学体系的电池来看，通过使用NCM-GB//GB体系的电池，实现整体电池容量提升了27.6%，由50Ah提高到了63Ah。
GB-NCM//GB体系下电池容量提升27.6%
综合文献中的内容来看，三星这回发布的石墨烯电池还是三元锂电池的化学体系，通过在正极材料上涂覆GB，同时使用GB作为负极，从而实现了：
快充性能提升，5C倍率、60摄氏度下稳定，相关媒体报道的12分钟快充可以实现；
能量密度提升，可以实现800Wh/L的能量密度，整体电池能量提升27.6%，但并没有发现媒体报道的45%增长的相关指标。如果有哪位读者了解这个45%是怎么来的，欢迎和我们沟通。
三星开发的快充、高容量电池石墨烯锂电池
目前来看，行业主要宣称使用石墨烯电池的，主要有两种方式：
用来做电池负极材料、复合材料和导电添加剂等
作为导电剂添添加到正极中
总体而言，石墨烯在性能上是要优于现在的碳材料，但由于制备工艺和成本问题，使得石墨烯很难大规模商业化推广的难度极大。
三星目前推出的这款石墨烯GB材料，事实上也依然面临这些问题，在目前石墨烯依然论克卖的今天，要实现商业化需要多少时间？之后如何和其他技术路线的LiS、甚至是号称1分钟充满的全固态电池竞争？依然是个值得思考的问题。
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