让专家们吵翻了的石墨烯电池,是黑科技还是噱头?

蔚来“固态电池”之后,这个周末,广汽又再次将动力电池新技术的争议推向了新的高度。在广汽周五官宣石墨烯电池技术后,一场技术大咖之间的口水战正在上演。本文来自微信公众号:财联社(ID:cailianpress),作者:何律衡(《科创板日报》上海,研究员 ),原文标题:《周末吵翻了!“快充+长续航”能否兼顾 广汽石墨烯电池是噱头吗?一文详解》,题图来自:视觉中国

在周六举行的中国电动车百人会论坛上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高表示:“如果有人告诉你,这个车能跑1000公里,几分钟能充满电,还很安全,成本又很低。以目前的技术来讲,他一定是骗子。”

虽然并未指明,但根据广汽埃安周五发布的官方海报,强调“搭载石墨烯基超级快充电池的车型8分钟可充满80%,NEDC续航里程1000公里”,与欧阳明高所持观点相互对立。

是刻意营造的噱头还是外界解读中存在的误解?究竟该如何从技术角度理解“石墨烯电池”?其背后,又隐藏着哪个细分市场等待挖掘?

石墨烯对应快充,硅负极对应长续航

针对欧阳明高的表述,广汽埃安总经理古惠南今日在电动车百人会线上论坛表示,“大家要注意,不要理解偏了”。他(欧阳明高)说又要这个又要那个,还要便宜,这肯定做不到。8分钟快充也不光是电池的问题,也跟充电桩有关。不要把技术问题和推广运营的问题混为一谈。

古惠南进一步表示,今年1000公里续航的车肯定要出来,快充也是肯定要出的,8分钟充满1000公里,理论上是可以的。

让专家们吵翻了的石墨烯电池,是黑科技还是噱头?

结合公司提供的资料,似乎可以得出结论:石墨烯对应快充,硅负极对应长续航,在这两项技术的加持下,结合高功率超充设备,广汽电池至少可以同时做到“快充”和“1000km续航”。至于专家所说的“成本又很低”,可能目前并不在首要考虑范围内。

事实上,“硅负极”这个概念近期已经被多次提及。日前,由上汽集团、张江高科和阿里巴巴集团共同打造的智己汽车,搭载了上汽与宁德时代共同开发的“掺硅补锂电芯”电池,据称其最大续航里程也超1000公里。时间再往前推不久,蔚来推出的“固态电池”中,也采用了“无机预锂化碳硅负极”技术。

资料显示,硅材料的质量比容量最高可达4200mAh/g,远大于碳材料的372mAh/g,是目前已知能用于负极的材料中理论比容最高的材料。同时因其低嵌锂电位、低原子质量、高能量密度,并且硅材料环境友好、储量丰富、成本较低。

“石墨烯电池”?是“石墨烯基锂电池”

首先要明确的问题,此“石墨烯电池”,是彼“石墨烯电池”吗?

这得从行业命名规则说起。据了解,在动力电池行业内,一般遵循“哪种成分起主要作用,就以哪种成分来定义”,由于动力电池性能与正极材料关系最大,因而一般命名以正极材料作区分,比如三元电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池等。

从这个意义上来说,“石墨烯电池”这个名词所代表的含义应该为:正极材料主要为石墨烯的电池。那么,广汽的“石墨烯电池”是这样吗?

从官方介绍来看,答案是否定的。

根据广汽所述,该技术全称为“石墨烯基超级快充电池”,虽然只多一个“基”字,却与所谓的“石墨烯电池”相差甚远,因为这可能意味着石墨烯在电池中大概率是作为辅助材料的存在,而这也与近几年石墨烯在电池商用的大致方向更为吻合:

2016年,东旭光电宣布推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品“烯王”,随后华为也曾宣布推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池,去年8月小米发布的小米10至尊版同样宣称采用全新石墨烯基材料电池,内置第三代导电剂石墨烯,导电率是传统炭黑材料的1000倍。

在上述三个例子中,所谓“石墨烯基”均是指以石墨烯作为电池导电剂材料,而非以石墨烯为正极材料,因而据此可以大致推断,广汽所说的“石墨烯基超级快充电池”,同样也是采用石墨烯为导电剂的锂电池,正确表述应为“石墨烯基锂电池”。

此外,在广汽表述中强调的“超级快充”同样从侧面说明了石墨烯在其电池中发挥的导电剂作用——更强的导电性所带来的更快的充电速度。需要明确的是,石墨烯基锂电池提高的是充电速度,而非续航里程,是从另一个维度缓解消费者“电量焦虑”的重要手段。

导电剂石墨烯,优势何在?

由此,需要回答第二个问题:石墨烯作为电池导电剂,优势何在?

从定义上来说,石墨烯(Graphene)是指从石墨材料中剥离出来,由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体,在实际研究中10层以内的石墨结构也可称作石墨烯,完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构,由六边形晶格组成。

正是由于这样特殊的结构,石墨烯具有很多突出性能。最新研究表明,石墨烯具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率,是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的2倍,同时是最好的导电体,电阻率仅为10-6Ω·cm。

结合石墨烯同时具有的质地薄、硬度大等特性,石墨烯材料的出现为锂离子电池高性能,高容量,高倍率,长寿命的突破带来了可能。

当前研究普遍认为,锂电池正极活性材料本身导电性差,使得电极内阻较大、放电深度不够,结果导致活性材料利用率低、电极残余容量大。而导电剂可以增加活性物质之间的导电接触,加入一定量的导电剂提升锂电池中电子在电极中的传输速率,进而提升锂电池的倍率性能和改善循环寿命。

资料显示,石墨烯作为导电剂添加进正负极材料中增加电极的导电性,提高材料的循环性能和高倍率性能,其改性效果明显要高于天然石墨,但是此前因其其高倍率性能不理想,被认为难以广泛应用。

让专家们吵翻了的石墨烯电池,是黑科技还是噱头?

哪些公司布局了石墨烯导电剂?

目前,市场上应用较多的新型导电剂主要为碳纳米管和石墨烯,两者作为导电剂并非完全是非此即彼的竞争关系。在当前技术路线尚未完全明确的当下,两者在实际商用中也常常配合使用,而相关厂商也往往选择两大技术并行的路线。

据国内碳纳米管龙头天奈科技的招股书介绍,公司的石墨烯产品主要配合碳纳米管产品使用。公司不单独生产石墨烯粉体产品,而是在生产石墨烯复合浆料的过程中,先采购膨胀石墨,经过物理剥离、分散后在溶剂中制备出石墨烯,再加入碳纳米管粉体直接制备成石墨烯复合导电浆料。

《科创板日报》此前独家获悉,小米10 Pro Plus搭载的石墨烯电池,其使用的石墨烯导电剂供应商即为天奈科技。

道氏技术与天奈科技布局类似,即碳纳米管、石墨烯“两手抓”,其子公司昊鑫新能源的主要产品为针对动力锂离子电池用的石墨烯导电剂、碳纳米管导电剂和石墨负极产品。

方正证券申建国团队2020年10月12日报告指出,导电剂仅占锂电池成本的2%左右,牺牲部分小成本而获得材料克容量增大、循环性能更好等优势成为下游锂电池厂商的权衡考虑。且与传统导电剂不同的是,新型导电剂国内技术领先,随着新型导电剂的渗透,导电剂的国产化率将提升。

本文来自微信公众号:财联社(ID:cailianpress),作者:何律衡(《科创板日报》上海,研究员 )