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专家称广汽石墨烯电池并非真正的石墨烯电池

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蔚来固态电池和宁德时代“掺硅补锂”电池之后,又一款能使电动车续航里程达到1000km的动力电池引起了业界关注。

1月16日,广州汽车集团股份有限公司(以下简称广汽集团)党委书记、董事长曾庆洪宣布,广汽集团的石墨烯快充电池具备6C快充能力,结合高功率超充设备,最快8分钟就能充电至80%,结合硅负极材料,能量密度可提高到280Wh/kg左右,寿命大于1600循环,车辆续航里程可达到1000km。

“广汽石墨烯基超级快充电池目前已进入实车测试阶段,首款搭载车型为AION V,目前正在黑河做冬季试验,初定今年9月可以批量生产。”曾庆洪表示。 

在此之前,广汽集团全资子公司广汽埃安发布了一则关于全新动力电池科技的海报预告。该海报显示,其石墨烯基超级快充电池经过了电池枪击实验,并强调“不用等到明年”“即将量产搭载”。广汽埃安方面告诉《每日经济新闻》记者,该电池的详细信息计划将于本月底公布。

图片来源:广汽埃安官微

该消息一出,当日(1月15日)广汽集团A股(601238.SH)盘中涨停,报收12.52/股,全日成交10.2亿元;港股(02238.HK)尾盘同步大幅拉升,报收9.38港元/股。不仅如此,石墨烯概念股也纷纷上涨。

石墨烯+锂电池≠石墨烯电池?

事实上,自2014年起,广汽集团就开始了对石墨烯技术的研发。2020年5月,广汽埃安方面称,基于广汽集团三维结构石墨烯材料而研发的“超级快充电池”已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作,并搭载整车进行了装车大功率充电测试,电池寿命和安全性均已达到使用标准。

据了解,石墨烯应用在电池上,主要有两个方向:一是做导电剂,二是做电极嵌锂材料。“无论是石墨烯在电池中作为主材料还是添加剂,都可以改善电池导电性能。假如动力电池将石墨烯作为负极主材料,电动车造价将非常高,假如用作添加剂,企业勉强能接受其成本。”云杉智慧总裁徐征鹏认为,当下,市场上尚未出现真正意义上的石墨烯电池。

据曾庆洪透露,广汽集团是在811和622三元锂电池的基础上,通过增加1%~2%的石墨烯正负极材料,提高电池的充电速度、能量密度以及续航能力。同时,与常规动力电池相比,其石墨烯快充电池整体电芯成本高出5%~8%。 

广汽埃安方面此前曾表示:“利用石墨烯出色的导电性能,我们将其添加到锂电池的正极材料中,使纯电动车的充电速度成倍提升。”有观点认为,广汽集团石墨烯快充电池中的石墨烯,扮演的或是添加剂的角色,该电池能否使车辆实现1000km续航有待验证。

哈尔滨工业大学化工学院电化学科学与工程系教授袁国辉在接受《中国科学报》采访时表示:“石墨烯电池的概念不符合行业命名原则,也不是行业共识。从专业的角度,电池的命名一般是遵循‘正极-负极活性材料’的规则,锂离子电池充放电时,成流反应是锂离子在正、负极材料中的嵌入和脱出的贡献。电极中添加石墨烯材料时,石墨烯的主要作用是提高电极的导电性,尽管可以提高电池的性能,但石墨烯的角色并不是锂离子电池正负极的活性材料。”

“石墨烯因其独特的物理化学性质,已经在锂电池中展示出巨大的应用潜力。但是,作为一种碳纳米材料,石墨烯之于锂电池并未超出目前常用碳材料的作用范畴。锂电池核心储能机理也并未因石墨烯的加入而改变,因此将添加了石墨烯的锂电池称为石墨烯电池并不恰当。”天津大学化工学院教授杨全红在接受《科技日报》采访时说。

2025年有望达到千亿市场规模

公开资料显示,石墨烯是一种由碳原子排列构成的单层四维蜂窝状晶格结构新型纳米材料,也是其他维度石墨材料的基本构建模块,如富勒烯、碳纳米管、石墨、金刚参数图片)石等。石墨烯具有优良的电子传导性能、热性能以及较高的比表面积,在新能源、化工、电子信息、生物医药等领域拥有巨大的应用前景,被称作“21世纪的新材料之王”。

值得一提的是,2017年,工信部制定《十三五材料领域科技创新专项规划》,将石墨烯材料技术划为重点发展领域。此后,石墨烯因具备超轻、超高强度、超强导电性等特性,被认为是提高电池充电速度、推动动力电池技术进步的重要技术。

图片来源:视觉中国

中科院重庆绿色智能技术研究院相关研究人员表示,由于石墨烯拥有超乎想象的导电能力,石墨烯电池概念成为突破电池技术瓶颈的“救命稻草”。而石墨烯作为动力电池的工业化方案一旦可行,电动汽车充电慢、续航里程不足以及安全性方面的痛点将迎刃而解。

前瞻产业研究院报告认为,目前中国石墨烯行业正处于市场导入期,产品尚未成熟,行业利润率较低,但市场增长率较高。预计石墨烯产业2021年进入快速成长期,市场规模可达200亿元,2025年有望达到1000亿元,占世界市场规模超过一半。

不过,需要注意的是,当前石墨烯的成本十分高昂,对制造工艺的要求也非常苛刻,同时石墨烯电池的制作工艺也仍然不够成熟。有业内专家认为,石墨烯电池目前仅处于实验室阶段,尚未达到量产条件,商业化非常困难。

动力电池技术和产业大有可为

值得注意的是,1000公里续航里程正成为当前新能源汽车行业的关注焦点。在广汽集团之前,1月13日,智己汽车宣布旗下首款车型与宁德时代开展合作,搭载“掺硅补锂”电池,最大续航里程将超过1000公里;1月9日,蔚来汽车发布150kWh固态电池,且表示搭载该电池的车型,续航里程可达到1000公里。

全国乘用车市场信息联席会秘书长崔东树认为,从2020年下半年开始,新能源汽车市场开始呈现高增长的特征,拉动动力电池产业链高增长,行业景气度提升。随着新能源汽车行业全球化竞争趋势凸显,动力电池产业链将重构,国内企业通过持续技术创新向上突围。

“当前中国动力电池技术创新模式从政策主导向市场主导转型,由行业政治运作向公司商业运作转化。”中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高认为,电池系统结构大创新,辅以电池单体材料小改进,成为近年来中国电池技术创新的鲜明特征。

中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高(图片来源:官方供图)

如,宁德时代的CTP(Cell To Pack)技术、比亚迪的刀片电池和国轩高科的J2M(卷芯到模组)技术均属于动力电池系统结构创新范畴。而更加激进的MIV(模组到车)、CTV(电芯到车)等底盘电池概念还需要进一步研究。材料体系方面,国内动力电池出现了低钴、添硅补锂、半固态等技术。

“电池材料创新要平衡比能量、寿命、快充、安全、成本等相互矛盾的性能指标,近年尚无大突破。”在欧阳明高看来,“如果有人说,(他的电动车)既能跑1000公里,又能几分钟充满电,而且还特别安全,成本还非常低。大家不用相信,这是不可能的。”

有机构预测称,全球动力电池市场到2030年会从2018年的100亿GWh增加到2900亿GWh,大概增长近30倍。“我估计动力电池在中国市场未来10年要增长10倍,到2035年增长20倍也是有可能的。所以,电池技术和产业未来将大有可为。”欧阳明高说。

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