近幾天來,華為推出了其新的“高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池”技術(shù),受到廣泛關(guān)注。然而與此同時,華為自己的宣傳中也夾雜了大量的民間媒體的添油加醋式的渲染。筆者認(rèn)為華為取得了研究進(jìn)展值得祝賀,但是有必要追本溯源,還原技術(shù)的本來面目,并客觀分析這些技術(shù)對工業(yè)應(yīng)用以及我們?nèi)粘I畹挠绊憽?/p>
這則新聞很有意思,民間給出了各種各樣的解讀,比如以后手機(jī)20秒充滿電等等。然而我們看看華為自己的官方介紹,主要有以下幾點:
1) 從網(wǎng)址可見,技術(shù)英文名叫Graphene assisted Li-ion battery,如果翻譯出來,連“強(qiáng)化”(reinforced)都不算,如果直接翻中文,“輔助”(assisted)更確切。注意,這是華為自己說的,不是筆者在附會。
2) 改善性能的三方面:在電解液中加入特殊添加劑,除去痕量水,避免電解液的高溫分解;電池正極選用改性的大單晶三元材料,提高材料的熱穩(wěn)定性;同時,采用新型材料石墨烯,可實現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。
A) 實際上,只要是在電化學(xué)行業(yè)中學(xué)習(xí)過的人都知道鋰電電解液中加入添加劑,抑制水,是最基礎(chǔ)的解決問題的通用和必須的做法。而為了改善電解液在高溫/低溫下的性能,都有相應(yīng)的添加劑,這個改進(jìn)可以說是中規(guī)中矩,但是離驚喜還有點遠(yuǎn)。
B) 改性大單晶三元材料,該材料的應(yīng)用可以降低比表面積,減少副反應(yīng),高溫漲氣會好很多,因此對于高溫性能有貢獻(xiàn)。但是該路線也相應(yīng)的犧牲了一些其它性能:大尺寸單晶過長的擴(kuò)散距離,勢必削弱電池的擴(kuò)散-倍率相關(guān)性能,因此該款電池距離快充的需求只會比普通電池更遠(yuǎn),而不是更近。
C) 石墨烯促進(jìn)散熱。華為一直非常重視石墨烯,相關(guān)新聞不絕于耳,然而在這么一個大突破的新聞下,華為只寫了石墨烯用于散熱,并沒有寫其可以用作導(dǎo)電劑,或者電極活性物質(zhì)。實際上,石墨烯高導(dǎo)熱的性能是公認(rèn)的,制成的高性能散熱膜也有很強(qiáng)的推廣意義。
對于這三點技術(shù)可以分析一下:大單晶三元材料更是國內(nèi)外有相當(dāng)多的實驗室早在關(guān)注,三星、松下等企業(yè)都有研究及專利申請。石墨烯散熱則是石墨烯業(yè)內(nèi)最常見的一個應(yīng)用思路。所以此項創(chuàng)新更接近于工程集成上的進(jìn)步。
3) 以上三點合力,得出了該電池的性能:“高溫環(huán)境下的充放電測試表明,同等工作參數(shù)下,該石墨烯基高溫鋰離子電池的溫升比普通鋰離子電池降低5℃;60°C高溫循環(huán)2000次,容量保持率仍超過70%;60℃高溫存儲200天,容量損失小于13%”, 李陽興博士表示。
總體來說,以上三個技術(shù)在電池業(yè)內(nèi),其實都不罕見。添加劑優(yōu)化有很多學(xué)校、實驗室已經(jīng)試驗過。
由上可見,該電池主要是高溫性能產(chǎn)生了突破,穩(wěn)定性和壽命有很大提升,華為自己也表示該技術(shù)主要可以向高溫嚴(yán)酷環(huán)境下推廣,但是這與手機(jī)、電動汽車領(lǐng)域關(guān)注的重點恐怕相距較遠(yuǎn),反而是和現(xiàn)在剛剛開始興起的儲能產(chǎn)業(yè)有不少的聯(lián)系。
當(dāng)然,接下來,華為宣布了自己的快充方面的計劃,因此很多人在推測華為本次的技術(shù)會助力快充,實現(xiàn)大家期盼的“充電一分鐘,續(xù)航好幾天”的目標(biāo)。然而根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的廣泛共識,這恐怕有些脫離科學(xué)實際。筆者接下來將按行業(yè)分類,進(jìn)行分析。
可能對于消費電子領(lǐng)域的影響
此新聞一出,民間紛紛給出了不同的解讀,比如X秒充滿電,三星蘋果在顫抖等等,愛國心情可以理解,距離技術(shù)的真相卻越來越遠(yuǎn)。
實際上,如華為自己宣稱,本技術(shù)是主要針對高溫環(huán)境推出,而且根據(jù)電化學(xué)專業(yè)的常識,大尺寸單晶的技術(shù)勢必會降低快充放性能,該技術(shù)距離大家期待的快充非常遠(yuǎn),甚至根本就是不同的技術(shù)路徑。實際上快充主要是要通過降低材料顆粒大?。ǖ皇菬o限的),提高導(dǎo)電劑比例,優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)等來實現(xiàn),華為的本項技術(shù)與此方面并無太多交集。
此外,對于消費電子產(chǎn)品電池,提高高溫性能或低溫性能要進(jìn)行的材料優(yōu)化有很多路徑根本就是矛盾的,所以難以兩全。而在這種情況下,很多廠家都優(yōu)先要求電池低溫性能好,為什么?近來大家冬天iPHONE被凍關(guān)機(jī)的事影響夠大吧,這一條就足夠了;反而高溫性能,對于消費電子品來說,你可能很少會把它夏天落在太陽地里的車?yán)铮ó?dāng)然如果這么干了對電池肯定很有害)。
因此總的來說,對消費電子影響不太大,當(dāng)然對于極端高溫條件下服役的無人機(jī)這種情況還是有影響的,但是對于一般產(chǎn)品來說,變化不大。
可能對于電動汽車動力電池領(lǐng)域的影響
目前動力電池的一大核心矛盾是電池能量密度低、成本高(跑不遠(yuǎn),電池貴),然后安全是一個核心要素,除此三點,其它的因素其實可以往后放一放。
實際上,華為的該項目技術(shù)解決了高溫問題,對于安全性是有一定貢獻(xiàn)的,但是對于能量密度和成本基本可以肯定沒什么提升。大尺寸單晶和添加劑幾乎不會影響能量密度,而成本上漲倒是明顯有可能(工藝和材料變復(fù)雜了)。此外,與手機(jī)電池快充方面一樣,該技術(shù)也不太可能對動力電池快充有什么貢獻(xiàn)。當(dāng)然你可以說我可以讓我的車在60度的情況充電也穩(wěn)定不燒,那我想問了,你為什么非要把你的車搞到溫度辣么高嘞,放在陰涼地里不好咩……
可能對于電網(wǎng)-儲能技術(shù)領(lǐng)域的影響
儲能領(lǐng)域近年來熱度不斷升起,隨著能源領(lǐng)域“互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源”風(fēng)潮的興起,傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整勢在必行,儲能的戲份也會不斷加重。儲能對于電池的要求其實最核心的是成本(便宜?。?,能量密度反而可以低些(鉛酸依然是傳奇老兵)。在這種情況下,華為的該技術(shù)對于電池成本恐怕難有貢獻(xiàn),因此對于普通儲能領(lǐng)域意義不大。
但是如華為所說,該技術(shù)可以用于極端環(huán)境地區(qū)的通訊基站等處,其實這就涉及到了儲能領(lǐng)域的一個細(xì)分市場——極端環(huán)境下保證儲能-供能穩(wěn)定。說到這,筆者倒是非常認(rèn)同華為的做法:說明自己就是針對這個細(xì)分領(lǐng)域研究的技術(shù)。但是像民間媒體一樣無限引申擴(kuò)展該技術(shù)的應(yīng)用范圍,過于拔高該技術(shù)的意義,對于華為,恐怕更像捧殺。
后記
華為此次公布了研究進(jìn)展值得鼓勵,“石墨烯基鋰離子電池”用法相比于之前的“石墨烯電池”的改變也耐人尋味。該技術(shù)在高溫下的性能是比較好的,然而華為此項技術(shù)是不是還停留在實驗室階段,是否有中試放大能力,放大后綜合性能、成本等方面是否還能保持也是我們需要持續(xù)關(guān)注的。電池量產(chǎn)并非易事,華為的電池一直是由ATL、欣旺達(dá)等企業(yè)供應(yīng),我們也希望華為可以在電池領(lǐng)域里取得像其在通信領(lǐng)域里同樣的成果,引領(lǐng)中國制造的發(fā)展。
民間媒體的愛國心情可以理解,但是無限制的解讀和引申該技術(shù)的意義恐怕并不可取,技術(shù)上的進(jìn)展,交給技術(shù)圈的人去評判,總體來說仍是對于社會負(fù)責(zé),對于社會公共資源浪費最少的選擇。此外,對于制造業(yè)與技術(shù)的進(jìn)步,我們更應(yīng)該多一份執(zhí)著踏實,少一些炒作與浮躁,這樣才能讓我們的技術(shù)更上一層樓,早日讓中國制造變成中國創(chuàng)造。