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铁流:华为石墨烯电池取得技术突破?真相是改良了锂离子电池

2016-12-05 13:55:40

【文/观察者网专栏作者 铁流】

日前,华为中央研究院瓦特实验室在第57届日本电池大会上,宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破,推出业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。实验结果显示,以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10℃,使用寿命是普通锂离子电池的2倍。

虽然华为仅仅表示这是在锂离子电池领域实现重大研究突破,但一些媒体却错误解读,“20秒充满电,华为真的搞出了石墨烯快充电池”、“华为石墨烯电池展黑科技,手机快充有望受益?”等不靠谱的报道充斥着网络。那么,到底什么是石墨烯电池,华为的技术突破含金量到底有多高呢?

所谓石墨烯电池只是锂离子电池的改良

目前,关于石墨烯电池的概念非常模糊,有观点认为在电极材料中加入石墨烯材料,就被称为石墨烯电池,还有观点认为将石墨烯作为导电剂也可以称为石墨烯电池。不论这些定义如何,不少媒体在报道中都将石墨烯电池视为对锂离子电池的革命,但实际上,在现有锂离子电池的基础上添加石墨烯材料,仅仅是对锂离子电池的补充和改良。我们先来看看在电极材料中添加石墨烯材料会带来怎样的效果。

石墨是目前锂离子电池中最常用的负极材料,充电时,Li嵌入到石墨层间形成插层化合物,Li完全嵌入时,每个石墨层都嵌入一层Li,对应化合物LiC6,当使用石墨烯材料替换石墨后,则在单层石墨的两侧表面都可以结合Li,理论上能量密度提升了一倍。要明确指出的是,如果用石墨烯做负极,性能优势仅仅是理论上的,采用石墨烯做负极电极嵌锂材料会有首次效率较低、性能受表面状态影响极大的不利因素,即便从理论性能上讲,石墨烯也不是上佳之选——硅的理论容量近石墨的10倍,相对于石墨烯更具优势。

另一种石墨烯电池是将石墨烯作为导电剂促进快充放,正极和负极依旧和普通锂离子电池没有什么不同。虽然将石墨烯作为导电剂的做法理论上可以提高充放电的速度,但在实践上,石墨烯材料本身具有的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系无法兼容,在锂离子电池制造中会带来很多工艺问题,而且相对于以炭黑做导电剂,石墨烯还存在成本更高的问题。

从中可以看出,无论是在电极材料中加入石墨烯材料,还是将石墨烯作为导电剂添加,所谓石墨烯电池的充放电过程是通过锂离子的迁移来实现,本质上依旧是锂离子电池,所谓的石墨烯电池并非像网络流传的那样是对锂离子电池的颠覆。

华为并没实现革命性创新

其实,在华为的官方宣传中,对于电池技术突破也说的很明确——其推出的产品是“高温长寿命石墨烯基锂离子电池”。根据华为的宣传资料,石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃;60°C高温循环2000次,容量保持率仍超过70%;60℃高温存储200天,容量损失小于13%。从上述表述可以看出,石墨烯基高温锂离子电池技术主要的技术提升在于耐高温和寿命的提升。

虽然三元锂离子电池拥有更高的能量密度,但在安全性上和稳定性上却存在一定不足——三元锂材料会在 200 度左右发生分解。更糟糕的是三元锂材料的化学反映更加剧烈,会释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应,像特斯拉电动车多次自燃很大程度上就是因为三元锂离子电池的这种特性导致的。

那么有没有更加安全的电池呢?确实有,比如磷酸铁锂离子电池,虽然在安全性上更胜一筹,但在能量密度上,磷酸铁锂离子电池逊色于三元锂离子电池,加上市场对电池能量密度的强劲需要,使得三元锂离子电池在诸多领域普及开来。针对三元锂材料存在的安全风险,华为选择了大单晶三元材料来提升三元锂离子电池的安全性。此外,华为还在电解液中加入添加剂提升耐高温性能,以及在电池中加入石墨烯帮助锂离子电池散热。

必须指出的是,在电池非常关键的一项指标能量密度上,华为并没有任何表述,而且在正极材料依旧为三元材料,负极依旧为石墨的情况下,能量密度有较大提升的可能性不大,华为推出的高温长寿命石墨烯基锂离子电池在能量密度上和普通锂离子电池没有什么不同,只是在寿命和耐高温方面有所提升。

本次在锂离子电池中添加石墨烯材料提升电池寿命的做法并非华为首创,在去年就有类似产品上市——“开拓者α”手机搭载了由中国科学院重庆绿色智能技术研究院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所开发的加入了石墨烯材料的锂离子电池和石墨烯屏幕,据厂家宣称,手机触控屏幕不偏色不泛黄,色彩真实、纯净,通透性也比传统屏幕好;手机充电速率提高了40%,电池寿命延长了50%。

因此,对于华为发布的高温长寿命石墨烯基锂离子电池,本质上是采用现有技术对锂离子电池进行改良,并非革命性技术突破。

(作者微信公众号:tieliu1988)

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铁流

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来源:观察者网 | 责任编辑:孙武
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