Jim博士：解读石墨烯锂电池

编者按：我在浏览美国宇航局NASA的下一代航天器隔热罩资料，阅读到一篇NASA官网贴出的石墨烯纳米片掺杂改性的锂电池的报告，这份报告来自美国一家初创企业，是了解石墨烯纳米片电池技术的很好的参考。

这是一份报告《High Capacity Silicon-Graphene Anode for Li-Ion
Batteries》，《用于锂电池的高容量硅-石墨烯阳极》，来自XG Sciences。

XG公司是美国一家纳米石墨烯片初创企业，我们从其主页上可以看到，其产品分为几个等级，包括不同的粒径，以及厚度。例如H级石墨烯片平均厚度是15纳米，M级平均厚度是6纳米。我们知道物理意义上的单曾石墨烯Graphene的厚度是0.3纳米。所以这些产品实际上是几十层到数百层的纳米石墨片。

对于产品纳米片的特性，XG也讲的很清楚，这些电镜照片也展示的很清楚。

XG是2006年从美国密歇根大学孵化企业，目前有40名员工，其中有7位博士学位的研发人员。在密歇根有一个研发基地和生产基地，目前全球32个国家有600多家客户，并且其专利授权给行业企业Cabot。

这就是XG在密歇根的年产能80吨石墨烯纳米片的工厂。

XG的管理团队比较强大，首席执行官是一位成功的连续创业者，此前领导的一家初创企业总收入达到5亿美元。首席商务官是在通用电气任职30多年。

公司首席技术官、技术总监也均有良好的技术和产业背景。

接下来我们看看石墨烯锂电池的测试情况。

第一张数据图是三种不同规格的石墨烯纳米片和商品化碳素SuperC的循环充电数据。从图中可以看到，在这组测试中，当放电速率高于1C时，尤其是在5C时，石墨烯纳米片能大幅降低电池容量的衰减：

SuperC在5C放电速率时容量降低到20mAh/g，而石墨烯纳米片仍然可以保持在80mAh/g。

当然，从研究角度而言，这只是一个条件下的对比，而不是优化数据，所以不一定能准确、真实反映石墨烯纳米片对于高放电速率下的性能。

接下来，XG测试了石墨烯对硅阳极锂电池的性能影响。

这是石墨烯改性硅阳极的电镜照片：

这是对比了硅阳极锂电池分别用石墨烯纳米片和碳素对比，从数据上可以看出，大约70个充放电循环后，碳素锂电池明显衰减，到200次循环时，容量降低40%；而石墨烯纳米片在保持200次循环后仍然保持初始容量水平。

当然，和前一组测试一样，这只是一个条件下的对比，而不是优化数据，所以不一定能准确反映材料的特性。但我相信锂电池研究人员很容易测试出准确的结果。

XG的报告展示的内容，和我在国内的石墨烯纳米片企业看到的内容几乎是一样的，而这样的企业在国内少则几十家，同质化很严重。

当然，石墨烯纳米片作为碳素的一个新的制造方法，在很多行业有使用的空间，上图是XG开发的热界面材料--碳膏，也就是我们电脑CPU常常用来散热的散热膏。

今天简单分析这家石墨烯纳米片初创企业的情况，我想这个产业已经不是什么神奇、高大上的概念，石墨烯纳米片--请记住，它叫做石墨烯纳米片，不是石墨烯--也不是什么几千美金一克的昂贵的高科技材料，它的市场价1公斤大约300元-500元。

参考资料：

https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/1-nasa_aerospace_battery_workshop_presentation_-_privette_xg_sciences.pdf

https://xgsciences.com/