調查報告|石墨烯電池噱頭大 固態(tài)電池備受期待

【蓋世汽車(chē)】近日，一則廣汽集團官宣其石墨烯電池量產(chǎn)研發(fā)工作今年底將從實(shí)驗室走向實(shí)車(chē)的消息，再次讓業(yè)界的目光聚焦到了石墨烯電池身上。

據廣汽集團介紹，基于廣汽三維結構石墨烯（3DG）材料而研發(fā)的“超級快充電池”僅需8分鐘就可以將電池充電至85%，充電時(shí)間與傳統燃油車(chē)的加油時(shí)間相當。對此，有人為該電池技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)贊，也有人對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)域的具體應用價(jià)值何在？對于下一代動(dòng)力電池技術(shù)，業(yè)界更看好哪一類(lèi)？圍繞著(zhù)這些問(wèn)題，蓋世汽車(chē)發(fā)起了為期一周的線(xiàn)上調查，吸引了近1700人的關(guān)注參與。

石墨烯電池沒(méi)有從本質(zhì)上改變電池性能

因具備超輕、超高強度、超強導電性等特性，石墨烯材料一度被認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)現者榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。2017年，國家工信部制定《十三五材料領(lǐng)域科技創(chuàng )新專(zhuān)項規劃》，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(kāi)始了石墨烯材料在動(dòng)力電池方面的研究，不過(guò)始終沒(méi)有大的突破。

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，石墨烯材料的應用情況如何？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)際待驗證”。

蓋世汽車(chē)研究院資深分析師指出，石墨烯材料的應用并沒(méi)有從本質(zhì)上改變電池性能，此類(lèi)電池的主要材料體系也沒(méi)有發(fā)生變化，正極依舊是三元、磷酸鐵鋰或者錳系等，負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(méi)有。

另有從事材料研究的業(yè)內人士透露，現在一般研究的“石墨烯電池”，指的是石墨烯材料應用于電池負極，電池中仍以鋰離子遷移、脫嵌或化合實(shí)現電化學(xué)能量的儲存和釋放，嚴格意義上并沒(méi)有“石墨烯電池”的說(shuō)法，其噱頭意義遠大于實(shí)用價(jià)值。

需要指出的是，在廣汽集團此次推出的“超級快充電池”中，關(guān)于石墨烯材料的具體應用方式并沒(méi)有具體介紹。對此，業(yè)界猜測，石墨烯大概率還是充當導電劑，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)”

根據廣汽集團規劃，其石墨烯電池量產(chǎn)研發(fā)工作今年底將從實(shí)驗室走向實(shí)車(chē)，廣汽新能源埃安（Aion）車(chē)型將率先搭載。從實(shí)驗室走向實(shí)車(chē)，石墨烯電池需攻克哪些難點(diǎn)？

調研結果顯示，“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矛盾體。一直以來(lái)，快充都是動(dòng)力電池追求的目標之一，但是對于承載駕乘人員生命安全的電動(dòng)汽車(chē)而言，除了快充，還需要同時(shí)滿(mǎn)足電池安全、高效和長(cháng)壽命等性能。

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

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(cháng)城汽車(chē)獨立出來(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，國內動(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(xiàn)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(lèi)”問(wèn)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，高鎳三元、磷酸鐵鋰等技術(shù)路線(xiàn)均是過(guò)渡方案。這一結果與蓋世汽車(chē)研究院近期發(fā)布的《新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)報告（2020版）》中的預測不謀而合。

據預測分析，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)現全固態(tài)電池。

中國科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高也曾公開(kāi)表示，基于各國動(dòng)力電池技術(shù)路線(xiàn)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極，中長(cháng)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，與其特有的性能優(yōu)勢密不可分?！鄙鲜龇治鰩煴硎?。據了解，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，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(zhù)不小的挑戰。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)材料電導率偏低，與電極材料的接觸面積小，造成內阻較大影響充電速度等。其次，如何在規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(wèn)題。