電動汽車在國家政策的推動下開始加速發展，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航里程的問題。但在目前的技術水平下，充電時間與續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。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定性以及更大的發熱量。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境溫度下會呈現出不同的反應速度。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，電極會過于活躍產生諸多不穩定的因素，存在一定風險。

實現動力電池快速充電新方向？

去年10月，東芝宣布成功研發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，其實現了顛覆性進步。新電池具備能量密度高、充電效率快等優點，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，三星發布了一則報告稱，目前已研發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，并無法實現量產，提煉的過程當中也可能帶倆很大的環境污染問題。因此，石墨烯動力電池若要實現應用還有很長的路要走。

迄今為止，石墨烯并沒有“引發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，導致數據虛高。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現

圖5 歷年來材料結構的發展