石墨烯電池取得技術(shù)突破？真相是改良了鋰離子電池
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-04 11:18
點擊量：次
日前，華為中央研究院瓦特實驗室在第57屆日本電池大會上，宣布在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破，推出業(yè)界首個高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。實驗結(jié)果顯示，以石墨烯為基礎(chǔ)的新型耐高溫技術(shù)可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的2倍。
雖然華為僅僅表示這是在鋰離子電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大研究突破，但一些媒體卻錯誤解讀，“20秒充滿電，華為真的搞出了石墨烯快充電池”、“華為石墨烯電池展黑科技，手機(jī)快充有望受益？”等不靠譜的報道充斥著網(wǎng)絡(luò)。那么，到底什么是石墨烯電池，華為的技術(shù)突破含金量到底有多高呢？
所謂石墨烯電池只是鋰離子電池的改良
目前，關(guān)于石墨烯電池的概念非常模糊，有觀點認(rèn)為在電極材料中加入石墨烯材料，就被稱為石墨烯電池，還有觀點認(rèn)為將石墨烯作為導(dǎo)電劑也可以稱為石墨烯電池。不論這些定義如何，不少媒體在報道中都將石墨烯電池視為對鋰離子電池的革命，但實際上，在現(xiàn)有鋰離子電池的基礎(chǔ)上添加石墨烯材料，僅僅是對鋰離子電池的補(bǔ)充和改良。我們先來看看在電極材料中添加石墨烯材料會帶來怎樣的效果。
石墨是目前鋰離子電池中最常用的負(fù)極材料，充電時，Li嵌入到石墨層間形成插層化合物，Li完全嵌入時，每個石墨層都嵌入一層Li，對應(yīng)化合物L(fēng)iC6，當(dāng)使用石墨烯材料替換石墨后，則在單層石墨的兩側(cè)表面都可以結(jié)合Li，理論上能量密度提升了一倍。要明確指出的是，如果用石墨烯做負(fù)極，性能優(yōu)勢僅僅是理論上的，采用石墨烯做負(fù)極電極嵌鋰材料會有首次效率較低、性能受表面狀態(tài)影響極大的不利因素，即便從理論性能上講，石墨烯也不是上佳之選——硅的理論容量近石墨的10倍，相對于石墨烯更具優(yōu)勢。
另一種石墨烯電池是將石墨烯作為導(dǎo)電劑促進(jìn)快充放，正極和負(fù)極依舊和普通鋰離子電池沒有什么不同。雖然將石墨烯作為導(dǎo)電劑的做法理論上可以提高充放電的速度，但在實踐上，石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質(zhì)與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)體系無法兼容，在鋰離子電池制造中會帶來很多工藝問題，而且相對于以炭黑做導(dǎo)電劑，石墨烯還存在成本更高的問題。
從中可以看出，無論是在電極材料中加入石墨烯材料，還是將石墨烯作為導(dǎo)電劑添加，所謂石墨烯電池的充放電過程是通過鋰離子的遷移來實現(xiàn)，本質(zhì)上依舊是鋰離子電池，所謂的石墨烯電池并非像網(wǎng)絡(luò)流傳的那樣是對鋰離子電池的顛覆。
華為并沒實現(xiàn)革命性創(chuàng)新
其實，在華為的官方宣傳中，對于電池技術(shù)突破也說的很明確——其推出的產(chǎn)品是“高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池”。根據(jù)華為的宣傳資料，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%。從上述表述可以看出，石墨烯基高溫鋰離子電池技術(shù)主要的技術(shù)提升在于耐高溫和壽命的提升。
雖然三元鋰離子電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏?，但在安全性上和穩(wěn)定性上卻存在一定不足——三元鋰材料會在 200 度左右發(fā)生分解。更糟糕的是三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)，像特斯拉電動車多次自燃很大程度上就是因為三元鋰離子電池的這種特性導(dǎo)致的。
那么有沒有更加安全的電池呢？確實有，比如磷酸鐵鋰離子電池，雖然在安全性上更勝一籌，但在能量密度上，磷酸鐵鋰離子電池遜色于三元鋰離子電池，加上市場對電池能量密度的強(qiáng)勁需要，使得三元鋰離子電池在諸多領(lǐng)域普及開來。針對三元鋰材料存在的安全風(fēng)險，華為選擇了大單晶三元材料來提升三元鋰離子電池的安全性。此外，華為還在電解液中加入添加劑提升耐高溫性能，以及在電池中加入石墨烯幫助鋰離子電池散熱。
必須指出的是，在電池非常關(guān)鍵的一項指標(biāo)能量密度上，華為并沒有任何表述，而且在正極材料依舊為三元材料，負(fù)極依舊為石墨的情況下，能量密度有較大提升的可能性不大，華為推出的高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池在能量密度上和普通鋰離子電池沒有什么不同，只是在壽命和耐高溫方面有所提升。
本次在鋰離子電池中添加石墨烯材料提升電池壽命的做法并非華為首創(chuàng)，在去年就有類似產(chǎn)品上市——“開拓者α”手機(jī)搭載了由中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所開發(fā)的加入了石墨烯材料的鋰離子電池和石墨烯屏幕，據(jù)廠家宣稱，手機(jī)觸控屏幕不偏色不泛黃，色彩真實、純凈，通透性也比傳統(tǒng)屏幕好；手機(jī)充電速率提高了40%，電池壽命延長了50%。
因此，對于華為發(fā)布的高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池，本質(zhì)上是采用現(xiàn)有技術(shù)對鋰離子電池進(jìn)行改良，并非革命性技術(shù)突破。
