一文解析廣汽石墨烯電池技術(shù)

蔚來“固態(tài)電池”之后，這個(gè)周末，廣汽又再次將動(dòng)力電池新技術(shù)的爭議推向了新的高度。在廣汽周五官宣石墨烯電池技術(shù)后，一場技術(shù)大咖之間的口水戰(zhàn)正在上演。

在周六舉行的中國電動(dòng)車百人會(huì)論壇上，中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長歐陽明高表示：“如果有人告訴你，這個(gè)車能跑1000公里，幾分鐘能充滿電，還很安全，成本又很低。以目前的技術(shù)來講，他一定是騙子?！?/p>

雖然并未指明，但根據(jù)廣汽埃安周五發(fā)布的官方海報(bào)，強(qiáng)調(diào)“搭載石墨烯基超級(jí)快充電池的車型8分鐘可充滿80%，NEDC續(xù)航里程1000公里”，與歐陽明高所持觀點(diǎn)相互對(duì)立。

是刻意營造的噱頭還是外界解讀中存在的誤解？究竟該如何從技術(shù)角度理解“石墨烯電池”？其背后，又隱藏著哪個(gè)細(xì)分市場等待挖掘？

石墨烯對(duì)應(yīng)快充 硅負(fù)極對(duì)應(yīng)長續(xù)航

針對(duì)歐陽明高的表述，廣汽埃安總經(jīng)理古惠南今日在電動(dòng)車百人會(huì)線上論壇表示，“大家要注意，不要理解偏了”。他（歐陽明高）說又要這個(gè)又要那個(gè)，還要便宜，這肯定做不到。8分鐘快充也不光是電池的問題，也跟充電樁有關(guān)。不要把技術(shù)問題和推廣運(yùn)營的問題混為一談。

古惠南進(jìn)一步表示，今年1000公里續(xù)航的車肯定要出來，快充也是肯定要出的，8分鐘充滿1000公里，理論上是可以的。

結(jié)合公司提供的資料，似乎可以得出結(jié)論：石墨烯對(duì)應(yīng)快充，硅負(fù)極對(duì)應(yīng)長續(xù)航，在這兩項(xiàng)技術(shù)的加持下，結(jié)合高功率超充設(shè)備，廣汽電池至少可以同時(shí)做到“快充”和“1000km續(xù)航”。至于專家所說的“成本又很低”，可能目前并不在首要考慮范圍內(nèi)。

事實(shí)上，“硅負(fù)極”這個(gè)概念近期已經(jīng)被多次提及。日前，由上汽集團(tuán)、張江高科和阿里巴巴集團(tuán)共同打造的智己汽車，搭載了上汽與寧德時(shí)代共同開發(fā)的“摻硅補(bǔ)鋰電芯”電池，據(jù)稱其最大續(xù)航里程也超1000公里。時(shí)間再往前推不久，蔚來推出的“固態(tài)電池”中，也采用了“無機(jī)預(yù)鋰化碳硅負(fù)極”技術(shù)。

資料顯示，硅材料的質(zhì)量比容量最高可達(dá)4200mAh/g，遠(yuǎn)大于碳材料的372mAh/g，是目前已知能用于負(fù)極的材料中理論比容最高的材料。同時(shí)因其低嵌鋰電位、低原子質(zhì)量、高能量密度，并且硅材料環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富、成本較低。

“石墨烯電池”？是“石墨烯基鋰電池”

首先要明確的問題，此“石墨烯電池”，是彼“石墨烯電池”嗎？

這得從行業(yè)命名規(guī)則說起。據(jù)了解，在動(dòng)力電池行業(yè)內(nèi)，一般遵循“哪種成分起主要作用，就以哪種成分來定義”，由于動(dòng)力電池性能與正極材料關(guān)系最大，因而一般命名以正極材料作區(qū)分，比如三元電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池等。

從這個(gè)意義上來說，“石墨烯電池”這個(gè)名詞所代表的含義應(yīng)該為：正極材料主要為石墨烯的電池。那么，廣汽的“石墨烯電池”是這樣嗎？

從官方介紹來看，答案是否定的。

根據(jù)廣汽所述，該技術(shù)全稱為“石墨烯基超級(jí)快充電池”，雖然只多一個(gè)“基”字，卻與所謂的“石墨烯電池”相差甚遠(yuǎn)，因?yàn)檫@可能意味著石墨烯在電池中大概率是作為輔助材料的存在，而這也與近幾年石墨烯在電池商用的大致方向更為吻合：

2016年，東旭光電宣布推出了世界首款石墨烯基鋰離子電池產(chǎn)品“烯王”，隨后華為也曾宣布推出業(yè)界首個(gè)高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池，去年8月小米發(fā)布的小米10至尊版同樣宣稱采用全新石墨烯基材料電池，內(nèi)置第三代導(dǎo)電劑石墨烯，導(dǎo)電率是傳統(tǒng)炭黑材料的1000倍。

在上述三個(gè)例子中，所謂“石墨烯基”均是指以石墨烯作為電池導(dǎo)電劑材料，而非以石墨烯為正極材料，因而據(jù)此可以大致推斷，廣汽所說的“石墨烯基超級(jí)快充電池”，同樣也是采用石墨烯為導(dǎo)電劑的鋰電池，正確表述應(yīng)為“石墨烯基鋰電池”。

此外，在廣汽表述中強(qiáng)調(diào)的“超級(jí)快充”同樣從側(cè)面說明了石墨烯在其電池中發(fā)揮的導(dǎo)電劑作用——更強(qiáng)的導(dǎo)電性所帶來的更快的充電速度。需要明確的是，石墨烯基鋰電池提高的是充電速度，而非續(xù)航里程，是從另一個(gè)維度緩解消費(fèi)者“電量焦慮”的重要手段。

導(dǎo)電劑石墨烯 優(yōu)勢(shì)何在？

由此，需要回答第二個(gè)問題：石墨烯作為電池導(dǎo)電劑，優(yōu)勢(shì)何在？

從定義上來說，石墨烯（Graphene）是指從石墨材料中剝離出來，由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，在實(shí)際研究中10層以內(nèi)的石墨結(jié)構(gòu)也可稱作石墨烯，完美的石墨烯具有理想的二維晶體結(jié)構(gòu)，由六邊形晶格組成。

正是由于這樣特殊的結(jié)構(gòu)，石墨烯具有很多突出性能。最新研究表明，石墨烯具有10倍于商用硅片的高載流子遷移率，是目前已知的具有最高遷移率的銻化銦材料的2倍，同時(shí)是最好的導(dǎo)電體，電阻率僅為10-6Ω·cm。

結(jié)合石墨烯同時(shí)具有的質(zhì)地薄、硬度大等特性，石墨烯材料的出現(xiàn)為鋰離子電池高性能，高容量，高倍率，長壽命的突破帶來了可能。

當(dāng)前研究普遍認(rèn)為，鋰電池正極活性材料本身導(dǎo)電性差，使得電極內(nèi)阻較大、放電深度不夠，結(jié)果導(dǎo)致活性材料利用率低、電極殘余容量大。而導(dǎo)電劑可以增加活性物質(zhì)之間的導(dǎo)電接觸，加入一定量的導(dǎo)電劑提升鋰電池中電子在電極中的傳輸速率，進(jìn)而提升鋰電池的倍率性能和改善循環(huán)壽命。

資料顯示，石墨烯作為導(dǎo)電劑添加進(jìn)正負(fù)極材料中增加電極的導(dǎo)電性，提高材料的循環(huán)性能和高倍率性能，其改性效果明顯要高于天然石墨，但是此前因其其高倍率性能不理想，被認(rèn)為難以廣泛應(yīng)用。

哪些公司布局了石墨烯導(dǎo)電劑？

目前，市場上應(yīng)用較多的新型導(dǎo)電劑主要為碳納米管和石墨烯，兩者作為導(dǎo)電劑并非完全是非此即彼的競爭關(guān)系。在當(dāng)前技術(shù)路線尚未完全明確的當(dāng)下，兩者在實(shí)際商用中也常常配合使用，而相關(guān)廠商也往往選擇兩大技術(shù)并行的路線。

據(jù)國內(nèi)碳納米管龍頭天奈科技的招股書介紹，公司的石墨烯產(chǎn)品主要配合碳納米管產(chǎn)品使用。公司不單獨(dú)生產(chǎn)石墨烯粉體產(chǎn)品，而是在生產(chǎn)石墨烯復(fù)合漿料的過程中，先采購膨脹石墨，經(jīng)過物理剝離、分散后在溶劑中制備出石墨烯，再加入碳納米管粉體直接制備成石墨烯復(fù)合導(dǎo)電漿料。

此前獨(dú)家獲悉，小米10 Pro Plus搭載的石墨烯電池，其使用的石墨烯導(dǎo)電劑供應(yīng)商即為天奈科技。

道氏技術(shù)與天奈科技布局類似，即碳納米管、石墨烯“兩手抓”，其子公司昊鑫新能源的主要產(chǎn)品為針對(duì)動(dòng)力鋰離子電池用的石墨烯導(dǎo)電劑、碳納米管導(dǎo)電劑和石墨負(fù)極產(chǎn)品。

方正證券申建國團(tuán)隊(duì)2020年10月12日?qǐng)?bào)告指出，導(dǎo)電劑僅占鋰電池成本的2%左右，犧牲部分小成本而獲得材料克容量增大、循環(huán)性能更好等優(yōu)勢(shì)成為下游鋰電池廠商的權(quán)衡考慮。且與傳統(tǒng)導(dǎo)電劑不同的是，新型導(dǎo)電劑國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先，隨著新型導(dǎo)電劑的滲透，導(dǎo)電劑的國產(chǎn)化率將提升。
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