調(diào)查報(bào)告|石墨烯電池噱頭大 固態(tài)電池備受期待

【蓋世汽車】近日，一則廣汽集團(tuán)官宣其石墨烯電池量產(chǎn)研發(fā)工作今年底將從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵻嚨南?，再次讓業(yè)界的目光聚焦到了石墨烯電池身上。

據(jù)廣汽集團(tuán)介紹，基于廣汽三維結(jié)構(gòu)石墨烯（3DG）材料而研發(fā)的“超級(jí)快充電池”僅需8分鐘就可以將電池充電至85%，充電時(shí)間與傳統(tǒng)燃油車的加油時(shí)間相當(dāng)。對(duì)此，有人為該電池技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)贊，也有人對(duì)8分鐘充電85%持懷疑態(tài)度，甚至有人表示這又是一場(chǎng)關(guān)于石墨烯電池的炒作。

那么，石墨烯材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域的具體應(yīng)用價(jià)值何在？對(duì)于下一代動(dòng)力電池技術(shù)，業(yè)界更看好哪一類？圍繞著這些問題，蓋世汽車發(fā)起了為期一周的線上調(diào)查，吸引了近1700人的關(guān)注參與。

石墨烯電池沒有從本質(zhì)上改變電池性能

因具備超輕、超高強(qiáng)度、超強(qiáng)導(dǎo)電性等特性，石墨烯材料一度被認(rèn)為是提高電池充電速度、推動(dòng)動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步的重要技術(shù)。2010年，石墨烯的發(fā)現(xiàn)者榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2017年，國(guó)家工信部制定《十三五材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，將石墨烯材料技術(shù)劃為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。為此，不少企業(yè)紛紛開始了石墨烯材料在動(dòng)力電池方面的研究，不過(guò)始終沒有大的突破。

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，石墨烯材料的應(yīng)用情況如何？近46%的參與者直指“噱頭大于實(shí)際，價(jià)值不大”，另有占比38%的參與者表示“理論上石墨烯能夠提高充放電速率，實(shí)際待驗(yàn)證”。

蓋世汽車研究院資深分析師指出，石墨烯材料的應(yīng)用并沒有從本質(zhì)上改變電池性能，此類電池的主要材料體系也沒有發(fā)生變化，正極依舊是三元、磷酸鐵鋰或者錳系等，負(fù)極是石墨系或者金屬氧化物系，還有電解液和隔膜，真正的石墨烯電池幾乎沒有。

另有從事材料研究的業(yè)內(nèi)人士透露，現(xiàn)在一般研究的“石墨烯電池”，指的是石墨烯材料應(yīng)用于電池負(fù)極，電池中仍以鋰離子遷移、脫嵌或化合實(shí)現(xiàn)電化學(xué)能量的儲(chǔ)存和釋放，嚴(yán)格意義上并沒有“石墨烯電池”的說(shuō)法，其噱頭意義遠(yuǎn)大于實(shí)用價(jià)值。

需要指出的是，在廣汽集團(tuán)此次推出的“超級(jí)快充電池”中，關(guān)于石墨烯材料的具體應(yīng)用方式并沒有具體介紹。對(duì)此，業(yè)界猜測(cè)，石墨烯大概率還是充當(dāng)導(dǎo)電劑，性能方面可能比別人做得好一些。

成本和技術(shù)致石墨烯電池“難產(chǎn)”

根據(jù)廣汽集團(tuán)規(guī)劃，其石墨烯電池量產(chǎn)研發(fā)工作今年底將從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵻?，廣汽新能源埃安（Aion）車型將率先搭載。從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵻?，石墨烯電池需攻克哪些難點(diǎn)？

調(diào)研結(jié)果顯示，“成本”是其中最大的阻力，其次是“技術(shù)”。占比46%的參與者表示，真正的石墨烯電池難以大規(guī)模量產(chǎn)，主要還是石墨烯成本太貴了，與普通鋰電池使用的材料相比，石墨烯材料在成本上貴了數(shù)十倍不止。

另外，從技術(shù)角度而言，石墨烯電池之所以“難產(chǎn)”，還在于如何平衡快充與安全這對(duì)矛盾體。一直以來(lái)，快充都是動(dòng)力電池追求的目標(biāo)之一，但是對(duì)于承載駕乘人員生命安全的電動(dòng)汽車而言，除了快充，還需要同時(shí)滿足電池安全、高效和長(zhǎng)壽命等性能。

目前，廣汽集團(tuán)“超級(jí)快充電池”已經(jīng)完成電芯、模組、電池包樣件的測(cè)試工作，且經(jīng)過(guò)裝車大功率充電測(cè)試，僅需8分鐘就可以將電池充電至85%。這一與燃油車加油時(shí)間相當(dāng)?shù)目斐潆姵?，能否有效平衡并滿足上述性能，有待于市場(chǎng)的更進(jìn)一步檢驗(yàn)。

固態(tài)電池成下一代電池技術(shù)首選

除了廣汽宣布在石墨烯電池方面取得突破，從長(zhǎng)城汽車獨(dú)立出來(lái)的蜂巢能源近期也祭出了“無(wú)鈷電池”大法，兼之此前比亞迪刀片電池的橫空出世，一時(shí)間，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池領(lǐng)域頻頻迎來(lái)重大突破。多元化的技術(shù)路線背后，到底誰(shuí)會(huì)被寄予厚望？

在“下一代動(dòng)力電池技術(shù)，您更看好哪一類”問題中，固態(tài)電池高票獲選。超過(guò)四成的參與者表示，固態(tài)電池會(huì)是下一代動(dòng)力電池發(fā)展的終極目標(biāo)，高鎳三元、磷酸鐵鋰等技術(shù)路線均是過(guò)渡方案。這一結(jié)果與蓋世汽車研究院近期發(fā)布的《新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)報(bào)告（2020版）》中的預(yù)測(cè)不謀而合。

據(jù)預(yù)測(cè)分析，2020年前后電池材料將主要向鎳三元+硅碳演變，到2025年主要是富鋰錳基正極材料取得突破，2030年則主要是希望在電解質(zhì)方面取得突破，實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池。

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高也曾公開表示，基于各國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)路線的比較，短期來(lái)看是液態(tài)電解液的鋰離子電池，發(fā)展高鎳三元正極和硅炭負(fù)極，中長(zhǎng)期將從液態(tài)電解質(zhì)逐步過(guò)渡到全固態(tài)電池。

“固態(tài)電池之所以會(huì)成為下一代動(dòng)力電池發(fā)展的終極目標(biāo)，與其特有的性能優(yōu)勢(shì)密不可分。”上述分析師表示。據(jù)了解，使用固體電解質(zhì)的固態(tài)電池具有不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)、不漏液等優(yōu)勢(shì)，可極大確保電池的安全性。此外，固態(tài)電池使用金屬鋰做負(fù)極，可匹配高電壓正極材料，進(jìn)一步提升能量密度。

不過(guò)，固態(tài)電池在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中也面臨著不小的挑戰(zhàn)。首先，全固態(tài)電池還有一些關(guān)鍵技術(shù)亟待突破，如固體電解質(zhì)材料電導(dǎo)率偏低，與電極材料的接觸面積小，造成內(nèi)阻較大影響充電速度等。其次，如何在規(guī)模和成本之間找到平衡點(diǎn)，也是其量產(chǎn)路程中不得不考慮的重要問題。