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    1. “石墨烯電池”背后,又隱藏著哪個細分市場等待挖掘?

      來源:36氪 2021-02-09 22:51中投網 A-A+
        蔚來“固態電池”之后,上個周末,廣汽又再次將動力電池新技術的爭議推向了新的高度。在廣汽上周五官宣石墨烯電池技術后,一場技術大咖之間的口水戰正在上演。
       
        在上周六舉行的中國電動車百人會論壇上,中國科學院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高表示:“如果有人告訴你,這個車能跑1000公里,幾分鐘能充滿電,還很安全,成本又很低。以目前的技術來講,他一定是騙子。”雖然并未指明,但根據廣汽埃安周五發布的官方海報,強調“搭載石墨烯基超級快充電池的車型8分鐘可充滿80%,NEDC續航里程1000公里”,與歐陽明高所持觀點相互對立。
       
        是刻意營造的噱頭還是外界解讀中存在的誤解?究竟該如何從技術角度理解“石墨烯電池”?其背后,又隱藏著哪個細分市場等待挖掘?
       
        石墨烯對應快充,硅負極對應長續航
       
        針對歐陽明高的表述,廣汽埃安總經理古惠南昨日在電動車百人會線上論壇表示,“大家要注意,不要理解偏了”。他(歐陽明高)說又要這個又要那個,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。不要把技術問題和推廣運營的問題混為一談。古惠南進一步表示,今年1000公里續航的車肯定要出來,快充也是肯定要出的,8分鐘充滿1000公里,理論上是可以的。結合公司提供的資料,似乎可以得出結論:石墨烯對應快充,硅負極對應長續航,在這兩項技術的加持下,結合高功率超充設備,廣汽電池至少可以同時做到“快充”和“1000km續航”。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。
       
        事實上,“硅負極”這個概念近期已經被多次提及。日前,由上汽集團、張江高科和阿里巴巴集團共同打造的智己汽車,搭載了上汽與寧德時代共同開發的“摻硅補鋰電芯”電池,據稱其最大續航里程也超1000公里。時間再往前推不久,蔚來推出的“固態電池”中,也采用了“無機預鋰化碳硅負極”技術。
       
        資料顯示,硅材料的質量比容量最高可達4200mAh/g,遠大于碳材料的372mAh/g,是目前已知能用于負極的材料中理論比容最高的材料。同時因其低嵌鋰電位、低原子質量、高能量密度,并且硅材料環境友好、儲量豐富、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?
       
        這得從行業命名規則說起。據了解,在動力電池行業內,一般遵循“哪種成分起主要作用,就以哪種成分來定義”,由于動力電池性能與正極材料關系最大,因而一般命名以正極材料作區分,比如三元電池、磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池等。
       
        從這個意義上來說,“石墨烯電池”這個名詞所代表的含義應該為: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。
       
        根據廣汽所述,該技術全稱為“石墨烯基超級快充電池”,雖然只多一個“基”字,卻與所謂的“石墨烯電池”相差甚遠,因為這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品“烯王”,隨后華為也曾宣布推出業界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池,去年8月小米發布的小米10至尊版同樣宣稱采用全新石墨烯基材料電池,內置第三代導電劑石墨烯,導電率是傳統炭黑材料的1000倍。
       
        在上述三個例子中,所謂“石墨烯基”均是指以石墨烯作為電池導電劑材料,而非以石墨烯為正極材料,因而據此可以大致推斷,廣汽所說的“石墨烯基超級快充電池”,同樣也是采用石墨烯為導電劑的鋰電池,正確表述應為“石墨烯基鋰電池”。
       
        此外,在廣汽表述中強調的“超級快充”同樣從側面說明了石墨烯在其電池中發揮的導電劑作用——更強的導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,而非續航里程,是從另一個維度緩解消費者“電量焦慮”的重要手段。
       
        導電劑石墨烯,優勢何在?
       
        由此,需要回答第二個問題:石墨烯作為電池導電劑,優勢何在?
       
        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,在實際研究中10層以內的石墨結構也可稱作石墨烯,完美的石墨烯具有理想的二維晶體結構,由六邊形晶格組成。正是由于這樣特殊的結構,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,同時是最好的導電體,電阻率僅為10-6Ω·cm。
       
        結合石墨烯同時具有的質地薄、硬度大等特性,石墨烯材料的出現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。
       
        當前研究普遍認為,鋰電池正極活性材料本身導電性差,使得電極內阻較大、放電深度不夠,結果導致活性材料利用率低、電極殘余容量大。而導電劑可以增加活性物質之間的導電接觸,加入一定量的導電劑提升鋰電池中電子在電極中的傳輸速率,進而提升鋰電池的倍率性能和改善循環壽命。
       
        資料顯示,石墨烯作為導電劑添加進正負極材料中增加電極的導電性,提高材料的循環性能和高倍率性能,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,被認為難以廣泛應用。
       
        哪些公司布局了石墨烯導電劑?
       
        目前,市場上應用較多的新型導電劑主要為碳納米管和石墨烯,兩者作為導電劑并非完全是非此即彼的競爭關系。在當前技術路線尚未完全明確的當下,兩者在實際商用中也常常配合使用,而相關廠商也往往選擇兩大技術并行的路線。
       
        據國內碳納米管龍頭天奈科技的招股書介紹,公司的石墨烯產品主要配合碳納米管產品使用。公司不單獨生產石墨烯粉體產品,而是在生產石墨烯復合漿料的過程中,先采購膨脹石墨,經過物理剝離、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合導電漿料。《科創板日報》此前獨家獲悉,小米10 Pro Plus搭載的石墨烯電池,其使用的石墨烯導電劑供應商即為天奈科技。
       
        道氏技術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品為針對動力鋰離子電池用的石墨烯導電劑、碳納米管導電劑和石墨負極產品。方正證券申建國團隊2020年10月12日報告指出,導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、循環性能更好等優勢成為下游鋰電池廠商的權衡考慮。且與傳統導電劑不同的是,新型導電劑國內技術領先,隨著新型導電劑的滲透,導電劑的國產化率將提升。
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