石墨烯電池，利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出的一種新能源電池。石墨烯電池在飽和氯化銅溶液中，時間(小時、天數)和產生電壓的關系。石墨烯可以改善電池的屬性，如能量密度和形式以各種方式。

現在業界普遍形成一種共識，石墨烯電池應用中，必將實現大容量電池設備快充目標。一旦成功使用，智能手機、新能源轎車目前在電量方面的限制將得到逆轉，甚至在電池運用領域引發新的工業革命。

中國目前已經走在了石墨烯產業化的前列，涌現出了一大批石墨烯企業，產業方向集中在石墨烯的制備以及儲能、觸摸屏和涂層等幾個應用領域。但是，石墨烯電池市場還在初級導入階段，很多技術和生產工藝的問題還沒有解決，大量的商業化規模生產還沒有形成，只在部分研究實驗室和生產企業進行試產。目前從事石墨烯產業的企業有上千家，主流的只有幾十家。2015年，石墨烯產業鏈國內市場規模高達233.2億元，石墨烯的應用市場規模大約在90-100億元，其中石墨烯電池市場規模大約31億元。國內主要研究的是石墨烯運用到鋰電池上，而非全新體系的"超級電池"，所以國內技術和超級電池有一定差距。國家相關部門對此很重視，2016年出臺的"十三五"新材料規劃可能將石墨烯納入其中。

石墨烯在鋰電池中的應用

我們首先來看下鋰電池的市場格局。日本是最早實現鋰電池商用化的國家，在2000年以前，全球鋰電的生產基本被日本壟斷。但隨著中國、韓國鋰電池制造技術的開發和提升，日本鋰電池出貨量的比例在逐漸降低，而中國和韓國鋰電池出貨量的比例在逐漸增加。下圖是2014年全球鋰電池市場份額情況，從圖中我們可以看出現在全球鋰離子電池市場呈現中、日、韓三足鼎立的局面。

假設，石墨烯電池應用到手機電池上，會有什么改變呢？

2016年12月1日，華為瓦特實驗室宣布，華為的石墨烯基鋰離子電池取得重大突破，并將在12月底發布搭載石墨烯電池的手機。這預示著石墨烯手機電池即將從理論概念變成實際應用，進入消費領域。

石墨烯手機電池的優勢與意義

石墨烯具有優異的傳導性能及獨特的二維單原子層結構，它可以擴大電池內部的結構間隔，使鋰離子獲得高速率通道的性能，從而擁有比普通鋰離子電池更好的性能。西班牙科爾瓦多大學的研究數據顯示，石墨烯電池的重量只有鋰離子電池的一半，能量密度可達600wh/kg，而常用鋰電池的能量密度只有140Wh/Kg。也就是說，石墨烯電池的儲電和續航能力是鋰電池的4倍以上。另外，根據美國倫斯勒理工學院的研究，石墨烯電池的充放電速度是鋰離子電池的10倍。

憑借優異的性能，石墨烯電池的商業化應用將打破現有手機行業的諸多瓶頸。

首先，石墨烯電池可以打破手機使用時間的瓶頸。目前，鋰離子電池越來越難以滿足消費者的日常需求，很多消費者經常抱怨手機需要一天兩充甚至一天三充。

而石墨烯電池憑借強大的儲電能力，可以極大的提高手機電池的使用時長。中國科學院合肥物質科學院研制的“烯王”石墨烯手機電池，充滿電后可以使用長達半個月的時間。

其次，石墨烯電池可以打破手機設計空間的瓶頸。由于鋰電池技術沒有突破性革新，延長手機續航只能依靠加大電池容量，這也意味著手機廠商不得不采用體積更大的電池，增大了手機空間，影響了美觀性。

石墨烯電池擁有極高的能量密度，可以用更小的空間提供更多的電量，從而節省了手機的設計空間，使得手機變得越來越纖薄，并為柔性屏手機如何解決電量問題提供支撐。西班牙科爾瓦多大學的研究人員稱，同樣的電池容量，石墨烯電池的體積只有鋰離子電池的50%。

另外，石墨烯電池可以打破手機分辨率的瓶頸。目前，大部分手機的屏幕分辨率是1080P，采用2K或更高分辨率的屏幕，意味著耗電量的增高和散熱量的加大。2014年至2015年，小米、魅族、聯想等手機廠商發布了幾款2k分辨率的手機，例如小米NOTE頂配版、魅族MX4PRO、聯想K920等，但是由于鋰離子電池的局限性，這些手機的實際體驗較差。手機廠商在之后推出的手機上，不得不用回1080P分辨率屏幕。

憑借極高的儲電能力和出色的散熱性，石墨烯電池可以在提升手機分辨率的同時，提供良好的用戶體驗，有利于提升手機的視覺效果。另外，石墨烯電池還滿足了VR對于高分辨率的需求，為手機與VR的結合提供支撐。

石墨烯電池的局限性

石墨烯表面特性受化學狀態和外界因素影響很大，這在客觀上加大了石墨烯電池的制備難度，導致成品率極低，具備生產石墨烯手機電池條件的廠商極少。而且，石墨烯電池的安全性等性能有待市場的考驗。所以，短時間內，石墨烯電池難以在手機行業普及開來。

綜合來看，石墨烯手機電池的商業化應用將引發一系列變革，為未來手機行業的創新和發展提供輔助支撐。但是，這種變革在短時間內具有很大的局限性。雖然“石墨烯時代即將到來”，但“石墨烯的制備技術以及價格高昂”，是制約其市場化的“瓶頸”。以前石墨烯價格比黃金還貴，所以被稱為‘黑金’，現在依舊要幾十塊上百塊一克。一塊手機電池，需要加入三四克石墨烯，成本增加多少可想而知。

石墨烯發展的最大問題，就是應用瓶頸問題。企業之所以在實際運用中很少采用石墨烯，是因為企業核心研發人員還不了解石墨烯。石墨烯的市場應用瓶頸，也在于石墨烯本身的變數，同樣的制備方法，在不同的環境里得到的結果是不一樣的，因此要應用到產品中，這是個很大的難點。

概念上講，石墨烯是只有一個碳原子厚度的二維材料，意味著真正的石墨烯是單層的，僅有一個原子的厚度，是目前已知的最薄的一種材料。正是在單層的條件下，石墨烯才具備多重讓人驚喜的屬性。比如在納米級別上，其強度是鋼鐵的20倍，但同時具有20%拉伸不斷裂的柔性；它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm2/V·s。這些優異的性質，被認為是石墨烯可以顛覆很多產業的原因。

石墨烯電池領域整體上產業化程度不高，但未來空間大。從石墨烯電池行業本身來看，受到制備技術不夠成熟、下游需求缺乏剛性支撐等因素影響，總體來說目前石墨烯電池行業仍處于研究與小批量量產階段，生產商也在不斷努力對接下游市場需求，除個別產品如石墨烯導電劑外，整體來看目前滲透率和產業化程度并不算高。

石墨烯導電漿料銷量呈爆發式增長，產業化進展超預期。眾多潛在應用之中，石墨烯粉體作為導電劑添加至鋰電池電極，可有效改善電極材料的導電性能和倍率性能，目前已實現超預期的產業化進展。

石墨烯在鉛酸電池領域的應用也在悄然推進。鉛酸電池市場早已深陷競爭“紅海”，產品同質化嚴重，各廠商間大打價格戰。添加石墨烯的黑金電池向市場提供差異化產品，將現有的鉛酸電池市場區分為高能電池市場和普通電池市場，提升電池能量密度的同時成本保持穩定，有利于注重研發的大企業把握更多的市場份額、增厚盈利水平。

石墨烯在電池領域市場空間大，不僅在鋰電池領域直擊動力電池大規模推廣的痛點，對鉛酸電池領域的產業升級意義不凡。目前石墨烯導電劑市場化一枝獨秀，非常看好其他方向的多點開花。石墨烯電池市場化前奏已經響起，即將進入全面爆發期。

如何真正利用石墨烯的這些特性，如何解決應用瓶頸，只有真正做到了技術與理論差距可以忽視的時候，就是石墨烯真正的全面普及的時候。