石墨烯一直以来被电动汽车行业寄予厚望。众所周知，电动汽车电池容量较大，充电时间较长。如果有一款经济实惠且耐用的快充电池提供给电动汽车，相信一定会为电动汽车开拓新的市场。那么石墨烯能否能够使得锂离子电池的充电速度发生飞跃式的改进呢，我们从影响锂离子电池的充放电倍率的因素聊聊。

锂离子电池的充放电倍率

锂离子电池的充放电倍率，决定了我们可以以多快的速度，将一定的能量存储到电池里面，或者以多快的速度，将电池里面的能量释放出来。

充放电倍率=充放电电流/额定容量

例如：额定容量为100Ah的电池用20A放电时，其放电倍率为0.2C。电池放电倍率，1C、2C、0.2C是电池放电速率。所用的容量1小时放电完毕，称为1C放电；5小时放电完毕，则称为1/5=0.2C放电。目前乘用车能承受的最大充放电倍率仍然不高，以特斯拉为例，大约为1.5C，国内的乘用车充电倍率一般都在0.5C、1C左右。

锂离子电池的充放电倍率性能，与锂离子在正负极、电解液、以及他们之间界面处的迁移能力直接相关，一切影响锂离子迁移速度的因素，都会影响锂离子电池的充放电倍率性能。此外，电池内部的散热速率，也是影响倍率性能的一个重要因素，如果散热速率慢，大倍率充放电时所积累的热量无法传递出去，会严重影响锂离子电池的安全性和寿命。

充放电倍率影响因素-正负极材料的锂离子扩散能力

锂离子在正、负极活性物质内部的脱嵌和嵌入的速率，也就是锂离子从正、负极活性物质里面跑出来的速度，或者从正、负极表面进入活性物质内部找个位置“安家”的速度到底有多快，这是影响充放电倍率的一个重要因素。

在正极材料处，我们希望极片要足够的薄，也就是活性材料的厚度要小，这样等于缩短了的距离，所以希望尽可能的提高正极材料压实密度。在活性物质内部，要有足够的孔间隙，给锂离子留出比赛的通道，同时这些“跑道”分布要均匀，不要有的地方有，有的地方没有，这就要优化正极材料的结构，改变粒子之间的距离和结构，做到均匀分布。以上两点，其实是相互矛盾的，提高压实密度，虽然厚度变薄，但是粒子间隙会变小，迁移跑道就会显得拥挤，反之，保持一定的粒子间隙，不利于把材料做薄。所以需要寻找一个平衡点，以达到最佳的锂离子迁移速率。此外，不同材料的正极物质，对锂离子的扩散系数有显著影响。因此，选择锂离子扩散系数比较高的正极材料，也是改善倍率性能的重要方向。

负极材料的处理思路与正极材料类似，也是主要从材料的结构、尺寸、厚度等方面着手，减小锂离子在负极材料中的浓度差，改善锂离子在负极材料中的扩散能力。

充放电倍率影响因素-电解质的锂离子电导率

锂离子在正/负极材料里面玩的是赛跑，在电解质里面的比赛项目却是游泳。锂离子要在正、负极之间来回穿梭，就如同在电解质和电池壳体所构成的“游泳池”里面游泳，电解质的离子电导率如同水的阻力一样，对锂离子游泳的速度有非常大的影响。目前锂离子电池所采用的有机电解质，不管是液体电解质，还是固体电解质，其离子电导率都不是很高。电解质的电阻成为整个电池电阻的重要组成部分，对锂离子电池高倍率性能的影响不容忽视。

除了提高电解质的离子电导率之外，还需要着重关注电解质的化学稳定性和热稳定性。在大倍率充放电时，电池的电化学窗口变化范围非常宽，如果电解质的化学稳定性不好，容易在正极材料表面氧化分解，影响电解质的离子电导率。电解液的热稳定性则对锂离子电池的安全性和循环寿命有非常大的影响，因为电解质受热分解时会产生很多气体，一方面对电池安全构成隐患，另一方面有些气体对负极表面的SEI膜产生破坏作用，影响其循环性能。

因此，选择具有较高的锂离子传导能力、良好的化学稳定性和热稳定性、且与电极材料匹配的电解质是提高锂离子电池倍率性能的一个重要方向。

充放电倍率影响因素-电池内阻

电池里涉及到几种不同的物质和物质之间的界面，它们所形成的电阻值，都会对离子/电子的传导产生影响。一般在正极活性物质内部会添加导电剂，从而降低活性物质之间、活性物质与正极基体/集流体的接触电阻，改善正极材料的电导率(离子和电子电导率)，提升倍率性能。不同材料不同形状的导电剂，都会对电池的内阻产生影响，进而影响其倍率性能。

正负极的集流体(极耳)是锂离子电池与外界进行电能传递的载体，集流体的电阻值对电池的倍率性能也有很大的影响。因此，通过改变集流体的材质、尺寸大小、引出方式、连接工艺等，都可以改善锂离子电池的倍率性能和循环寿命。电解质与正负极材料的浸润程度，会影响电解质与电极界面处的接触电阻，从而影响电池的倍率性能。电解质的总量、粘度、杂质含量、正负极材料的孔隙等，都会改变电解质与电极的接触阻抗，是改善倍率性能的重要研究方向。

石墨烯在改善充放电倍率方面的应用

石墨烯用于导电添加剂降低电池内阻，现在锂电常用的导电剂有导电炭黑、乙炔黑、科琴黑等，也有电池厂家在动力电池上开始使用碳纤维和碳纳米管作为导电剂。石墨烯用作导电剂的原理是其二维高比表面积的特殊结构所带来的优异的电子传输能力。

石墨烯用于负极材料，以碳基负极材料为例，近年来针对纳米碳材料的研究，取代传统的负极层状结构，就可以显著的改善负极材料的比表面积、内部结构和扩散通道，从而大幅度提升负极材料的倍率性能。

结论

从目前积累的测试数据来看，用于负极材料石墨烯与碳纤维、碳纳米管在倍率性能方面都比导电炭黑都有一定提高，但这三者之间在电化学性能提升程度上的差异很小，石墨烯并未显示出明显的优势。同时石墨烯用于导电添加剂也并无有效数据显示石墨烯对提高电池快充性能有突破性的进展。

 

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