電動汽車在國家政策的推動下開始加速發(fā)展，而對于剛剛接觸純電動汽車的消費者而言，最為關心的還是充電時間和續(xù)航里程的問題。但在目前的技術水平下，充電時間與續(xù)航里程往往難以兼得，一種更加專注于增加電池的能量，從而增加續(xù)航里程；而另一種則更加專注于改善動力電池的充電性能，以縮短電動汽車的充電時間。

影響動力電池充電速度的因素有哪些？

要說影響動力電池充電速度的因素，動力電池本身所使用的材料起到了至關重要的作用。充電時，鋰離子需要加速瞬時嵌入到負極，這對動力電池負極快速接收鋰離子的能力有著很大的挑戰(zhàn)。因此，若要想提高動力電池的充電速度，其電池電極材料的應用成為了關鍵。

動力電池具備更高的充電速率，就意味著電極材質較為活躍，日常使用當中、特別是充電過程當中可能會帶來更多的不穩(wěn)定性以及更大的發(fā)熱量。因此，通過改善電極材質達到提升充電速率的方式，會導致動力電池成本的直線上升。

既然充電是一個充電樁與電動汽車交互的行為，那么充電樁也會影響充電速度的快慢。因不同運營商的充電樁，能夠輸出的充電功率也不同。在動力電池能夠兼容的情況下，更高的充電功率能夠直接影響充電速度。

動力電池的充電、放電，實質上是一種化學反應，而化學反應在不同的環(huán)境溫度下會呈現(xiàn)出不同的反應速度。動力電池低于理想使用溫度時，低溫會降低電極的活躍性，導致充電速度降低；而高于動力電池使用溫度時，電極會過于活躍產(chǎn)生諸多不穩(wěn)定的因素，存在一定風險。

實現(xiàn)動力電池快速充電新方向？

去年10月，東芝宣布成功研發(fā)新一代車用鋰離子電池，有望在2019年商用。該電池正是采用了鈦鈮氧化物材料，相對目前三元、磷酸鐵鋰等技術，其實現(xiàn)了顛覆性進步。新電池具備能量密度高、充電效率快等優(yōu)點，只需充電6分鐘就能達到90%的電量，可行駛320公里。目前鋰電池平均需30分鐘才能充至80%電量。

石墨烯在鋰電池的應用中，主要做負極活性材料和導電添加劑，可以大幅改善導電情況，降低內阻，提升放電及充電速率，容量更高。

近期，三星發(fā)布了一則報告稱，目前已研發(fā)出了基于石墨烯材料的新電池技術，基于石墨烯材質所造的電池將會比目前市面上的普通電池高出45% 的容量，能夠在提高容量的同時擁有比標準充電速度快5倍的充電速度。

但目前的科技水平，在石墨烯的提取過程中仍然存在著很多難題，并無法實現(xiàn)量產(chǎn)，提煉的過程當中也可能帶倆很大的環(huán)境污染問題。因此，石墨烯動力電池若要實現(xiàn)應用還有很長的路要走。

迄今為止，石墨烯并沒有“引發(fā)鋰離子電池領域技術革命”。雖然相關研究聲稱取得了重要進展，但其通常沒有明確的應用目標，使得石墨烯僅僅停留在學術研究領域；當下的研究常采用不合時宜的評價標準，與其他材料對比時使用的指標有失公允。研究通常關注質量比容量，然而石墨烯的多孔、低密度導致其體積比容量低，這在實際應用中更加重要，而研究者通常對此視而不見。文獻通常將石墨烯的作用歸因于其提高了電導率，然而石墨烯多孔的結構有利于鋰離子傳導，對這一問題的關注相當少，眾多文獻在對照組實驗中也從來沒考慮過這一問題。

對于新材料的研究通常使用半電池測試，其對電極為金屬鋰。然而，單電極的能量密度、功率密度的實際上是無意義的，且極具誤導性。在半電池體系下，充放電電壓和庫侖效率是更重要的指標。對材料進行全電池測試，方能得到更加公允、可靠的評估結果。然而，在計算全電池的能量、功率時，文獻通常只計算了兩個電極的其中之一，導致數(shù)據(jù)虛高。此外，由于石墨烯具有多孔結構，需要加入更多的電解液以充分浸潤，但是沒人考慮過電解液添加量對能量密度的影響。

作者對相關文獻的分析表明，目前最有效的策略是，石墨烯作為導電碳網(wǎng)絡與電活性材料復合。通常石墨烯與高電壓負極材料（TiO2，LTO）、鋰脫出電位較低合金負極（Si，Ge）復合時性能比較好。而石墨烯與轉換機理負極材料（金屬氧化物如 Fe3O4）的復合效果通常不佳。在這些報道中，復合材料的制備方法非常重要，總體來說，一鍋合成法等將石墨烯和電極材料緊密結合的方法比物理混合、機械混合效果更好。

單純的石墨烯作為活性材料，石墨烯僅在幾個特定的方面（低溫性能、高功率輸出等）優(yōu)于商用石墨負極。（需要強調，在這方面應用的石墨烯是指多層石墨烯；單層和雙層石墨烯無法作為鋰離子電池負極活性物質。）石墨烯作為鋰離子電池負極的劣勢包括其較高的電位、儲能效率低下、SEI膜形成過程中大量的不可逆容量。因此，石墨烯作為負極時必須做預鋰化處理，這增加了電池制造難度。作者不看好預鋰技術的商業(yè)化前景。

石墨烯制備方法多樣（圖3）。作者認為，液相剝離和CVD法制備的石墨烯比RGO效果更好，然而通常研究使用后者。此外，作者看好采用雜原子摻雜的策略改善石墨烯穩(wěn)定性和提高鋰離子電池容量。

以下是文章原圖：

圖1 石墨烯用于鋰離子電池負極的相關文獻統(tǒng)計

圖2 典型的鋰離子電池負極材料的充放電曲線

圖3 文獻中采用的石墨烯的種類

圖4 歷年來重要的研究發(fā)現(xiàn)

圖5 歷年來材料結構的發(fā)展