鉅大LARGE | 點擊量：436次 | 2023年07月31日
超快充、千公里續(xù)航的石墨烯電池疑云 誰是動力鋰離子電池的未來?
我國儲能網(wǎng)訊：“續(xù)航1000公里，8分鐘充電80%”，石墨烯電池仿佛一下子點亮了新能源汽車的未來，但圍繞它的爭議也持續(xù)泛起漣漪。
一月十六日，中科院院士、我國電動汽車百人會副理事長歐陽明高表示，“假如某一位說他的車既能跑一千公里，又能幾分鐘充完電，還特別地安全，而且成本還非常低，那大家不用相信，因為這在目前是不可能同時達(dá)到的。”
而就在一天前，廣汽埃安公布了“8分鐘充電80%，采用硅負(fù)極材料的石墨烯基超級快充電池”，NEDC續(xù)航里程可達(dá)到1000公里。不僅如此，蔚來、上汽智己等也幾乎同時宣布將推出1000公里續(xù)航的純電動汽車。
一時間，新能源汽車的動力技術(shù)路線再度成為業(yè)內(nèi)熱議的話題，2021年新能源汽車的技術(shù)大戰(zhàn)也就此拉開。顯然，長續(xù)航是這場大戰(zhàn)的主旋律。
廣汽集團(tuán)稱，石墨烯基超級快充電池與長續(xù)航硅負(fù)極電池，預(yù)計年內(nèi)分別搭載在AIONV和AIONLX車型。資料圖片/ICphoto
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號稱快充、超長續(xù)航的石墨烯電池惹爭議
對續(xù)航里程、安全性等多方面的更高需求，推動著行業(yè)研發(fā)新一代電池。正如中科院物理研究所黃學(xué)杰所言相同，“一代正極材料，一代動力鋰離子電池”，業(yè)內(nèi)認(rèn)為新一代動力鋰離子電池發(fā)展最為關(guān)鍵的是材料的升級。
2015年，中科院上海硅酸鹽所黃富強(qiáng)研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有最佳的電化學(xué)儲能特性，可用作電動汽車的“超強(qiáng)電池”，充電7秒鐘即可續(xù)航35公里。當(dāng)時就有觀點認(rèn)為，該技術(shù)若能達(dá)到量產(chǎn)將打破新能源的技術(shù)瓶頸。2017年三星遞交了石墨烯電池的專利，但至今為止未有一款石墨烯電池量產(chǎn)。
近日，廣汽集團(tuán)再次炒熱了石墨烯電池概念。日前，廣汽集團(tuán)董事長曾慶洪表示，廣汽石墨烯基超級快充電池已進(jìn)入實車量產(chǎn)測試階段，首款搭載車型為AIONV，目前正在黑河做冬季試驗，初定今年九月可以批量生產(chǎn)。曾慶洪稱，石墨烯快充電池最快8分鐘就能充電至80%，廣汽目前掌握的石墨烯制備技術(shù)，生產(chǎn)成本降低90%以上。
廣汽集團(tuán)石墨烯電池很快引起熱議。有觀點認(rèn)為石墨烯電池能夠提高充放電速率，新能源汽車?yán)m(xù)航問題有了最終答案；但也有觀點認(rèn)為，現(xiàn)階段根本不存在真正的石墨烯電池，廣汽石墨烯電池噱頭的成分比較大。
歐陽明高就認(rèn)為，目前生產(chǎn)1000公里續(xù)航，充電幾分鐘，安全又便宜的電動汽車，是不大可能的。
目前石墨烯在動力鋰離子電池的應(yīng)用重要有兩個方向，一是作為導(dǎo)電劑，另一個就是電極材料，石墨烯能夠改善電池導(dǎo)電性能，理論上可以實現(xiàn)短時間充電和長續(xù)航里程；但成本并不容控制。
我國汽車動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬表示，“石墨烯理論上對提高電池充放電速率是有幫助的，但對性能的提高幫助不大。”汽車行業(yè)分析師張翔稱，“石墨烯電池目前只處在實驗室階段，技術(shù)并不成熟，短時間內(nèi)量產(chǎn)的可能性并不大”。
曾慶洪曾表示，廣汽集團(tuán)是在811和622三元鋰離子電池基礎(chǔ)上通過新增1%-2%的石墨烯正負(fù)極材料，提高電池的充電速度、能量密度以及續(xù)航能力。按照曾慶洪此前的說法，廣汽埃安的石墨烯基超級快充電池并非以石墨烯作為主材料。
面對質(zhì)疑，廣汽埃安總經(jīng)理古惠南對媒體回應(yīng)稱，“今年1000公里續(xù)航的(電動汽車)肯定要出來，8分鐘充滿1000公里理論上是可以的，電池能承受但是要解決配套充電樁的問題”。一月十八日，廣汽集團(tuán)再次回應(yīng)稱，石墨烯基超級快充電池與長續(xù)航硅負(fù)極電池是兩種不同的技術(shù)，分別解決“充電速度慢”和“續(xù)航里程短”這兩個動力鋰離子電池應(yīng)用中的不同痛點，預(yù)計于本年內(nèi)分別搭載在廣汽埃安現(xiàn)有AIONV和AIONLX車型上，市場需求具有不確定性。
一位充電樁行業(yè)人士告訴新京報記者，“1000公里續(xù)航里程的電池容量是150kWh，充電至80%的話電池容量需達(dá)到120kWh，按照8分鐘充電80%的說法，充電樁的功率要達(dá)到900kW/h，要配備超過1200KVA的變壓器，這根本難以實現(xiàn)?！?/p>
歐陽明高坦言，“近期有很多公布會都談到電池創(chuàng)新，這是正常的商業(yè)運作，當(dāng)然不能過度，過度就會變成炒作。”國家電動乘用車技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟技術(shù)委員會主任王秉剛則認(rèn)為，動力鋰離子電池要綜合考慮車輛重量、充電安全、對電池的損害和性價比等問題，不能只談?wù)摾碚摗?/p>
能量需求上升推動動力鋰離子電池技術(shù)進(jìn)化
“雖然1000公里續(xù)航并不是我們追求的目標(biāo)，但電動汽車的能量需求肯定還是上升的?！睔W陽明高說。
從1881年第一輛使用鉛酸電池的電動汽車出現(xiàn)，到如今的長續(xù)航電動汽車和氫燃料動力鋰電池汽車，促使動力鋰離子電池發(fā)展的推動因素始終是對“電動汽車能量需求的上升”。
第一輛電動汽車出現(xiàn)后，歐美市場的汽車銷量中有38%是電動汽車。鉛酸電池存在很多短板，自重大、壽命短、成本高、續(xù)航短。因此，在內(nèi)燃機(jī)取得長足發(fā)展之后，鉛酸電池電動汽車就暫時退出了市場。
20世紀(jì)90年代，鎳氫電池登上舞臺，能量密度和功率有了很大提高。業(yè)內(nèi)熟知的鎳氫電池開發(fā)公司是松下，2012年的批量化生產(chǎn)證明了鎳氫電池的有效性和安全性，使用鎳氫電池的電動汽車一度占據(jù)了80%以上的市場份額。不過，鎳氫電池在實際應(yīng)用中也存在諸多制約因素，包括高溫性能、存儲性能、循環(huán)壽命、熱管理和價格等。
隨著動力鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展，能量密度大幅提升、成本進(jìn)一步壓縮的鋰離子電池開始出現(xiàn)，并逐漸成為主流。
“在三元鋰離子電池還沒有實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的時候，磷酸鐵鋰離子電池使用比較多，不過它續(xù)航里程偏低。”歐陽明高表示，“后來體積能量密度高的三元鋰離子電池開始工業(yè)化，車載電池能量大幅新增，續(xù)航里程新增，電動轎車市場開始啟動?！?/p>
我國科學(xué)院物理研究所陳立泉介紹稱，從市場情況來看，當(dāng)前主流動力鋰離子電池正由磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)向三元鋰離子電池技術(shù)。雖然2020年比亞迪推出了刀片電池，對磷酸鐵鋰離子電池的魔改讓其擁有了逆風(fēng)翻拍的機(jī)會，但從當(dāng)前市場來看，三元鋰離子電池更為主流。
當(dāng)前的液態(tài)電解液鋰離子電池的最高能量密度是350Wh/kg，再加上電池管理系統(tǒng)等部件后，能量密度極限基本是全系統(tǒng)300Wh/kg，這與《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中提到的2025年動力鋰離子電池單體能量密度達(dá)到350Wh/kg的目標(biāo)仍有一定差距。
除了能量密度極限，三元鋰離子電池還存在環(huán)境適應(yīng)性、續(xù)航里程、安全性等問題。里程焦慮一直被認(rèn)為是新能源汽車的“卡脖子”問題，尤其是冬季低溫環(huán)境下，電動汽車?yán)锍炭s水的問題更為突出。鋰離子電池的安全問題也飽受爭議，2020年純電動汽車自燃頻發(fā)。
全國乘用車市場信息聯(lián)席會秘書長崔東樹也表示，“(新能源汽車)能源要多元化，要進(jìn)行新能源汽車技術(shù)路線的多元化發(fā)展”，除了動力鋰離子電池之外，車企也在布局氫燃料動力鋰電池的研發(fā)，以期獲得先發(fā)優(yōu)勢。
有業(yè)內(nèi)人士表示，相有關(guān)純電動汽車型，氫燃料動力鋰電池汽車更符合消費者的用車需求和習(xí)慣，同時氫的可控性和可塑性都更強(qiáng)，氫燃料動力鋰電池汽車不存在續(xù)航里程短、加注時間長的問題。但同濟(jì)大學(xué)燃料動力鋰電池汽車技術(shù)研究所所長、教授章桐認(rèn)為，由于乘用車技術(shù)門檻較高，氫燃料動力鋰電池汽車在乘用車領(lǐng)域商業(yè)化難度更大，至少要五年的時間才能實現(xiàn)小批量的上市。
高鎳、全固態(tài)鋰離子電池等，誰是動力鋰離子電池的未來?
2020年國內(nèi)新能源汽車市場開始呈現(xiàn)高上升走勢，同時也拉動動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的高上升走勢，行業(yè)景氣度提升。歐陽明高表示，當(dāng)前我國動力鋰離子電池技術(shù)創(chuàng)新模式從政策主導(dǎo)向市場主導(dǎo)轉(zhuǎn)型，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大創(chuàng)新，輔以電池單體材料小改進(jìn)成為近年來國內(nèi)動力鋰離子電池創(chuàng)新的特點。
2020年十月公布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，提出汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)全面電動化轉(zhuǎn)型，在動力鋰離子電池領(lǐng)域?qū)⒑w能量型、能量功率兼顧型和功率型三大技術(shù)類別，比較能量密度、電池壽命、成本等參數(shù)設(shè)置最低門檻及提升方向。
進(jìn)入2021年，新能源車企已紛紛拉開對動力鋰離子電池的布局。一月九日，蔚來公布150kWh固態(tài)電池，搭載該電池的首款車型續(xù)航里程可達(dá)到1000km，一月十三日，上汽智己汽車宣布和寧德時代合作推出“參硅補(bǔ)鋰”電池，最大續(xù)航里程將超過1000公里；一月十六日，寧德時代董事長曾毓群表示寧德時代正在開發(fā)的BEV電池包，可以實現(xiàn)超過1000km續(xù)航、10分鐘的快速充電、16年200萬公里的使用壽命。
長續(xù)航是新能源車企與消費者共同的追求，何種動力鋰離子電池才是滿足這種需求的最優(yōu)選擇？
寧波容百新能源科技股份有限公司總裁助理兼正極事業(yè)部總經(jīng)理佘圣賢等人認(rèn)為，在保證安全條件下，高鎳電池依舊是未來。高鎳的體系優(yōu)勢在于能量密度高、比能量高，直接提高整車的續(xù)航里程，但目前高鎳電池成本高、安全性和設(shè)計層面要改善。
而陳立泉等業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，新一代電池方法是發(fā)展固態(tài)電池或逐步過渡到全固態(tài)鋰離子電池?！肮虘B(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代隔膜和電解液，可以將能量密度提升到300Wh/kg以上，整車的續(xù)航里程也隨之提高?！标惲⑷f。
黃學(xué)杰認(rèn)為，從發(fā)展來看固態(tài)電池到了一個很好的時候，全固態(tài)電池是最理想的模式。
業(yè)內(nèi)認(rèn)為，固態(tài)電池逐步取代液態(tài)電池將是大勢所趨，按照“液態(tài)-半固態(tài)-準(zhǔn)固態(tài)-全固態(tài)”的技術(shù)演化路徑，液態(tài)電解質(zhì)含量逐步下降，全固態(tài)電池將是最終形態(tài)。此外，陳立泉認(rèn)為當(dāng)下應(yīng)該發(fā)展鈉離子電池，假如從長遠(yuǎn)來看，鋰硫電池或者鋰空氣電池應(yīng)該是下一代的方向。
除了動力鋰離子電池，整車的技術(shù)創(chuàng)新是新能源汽車改進(jìn)的方向。歐陽明高認(rèn)為，純電動汽車的環(huán)境適應(yīng)技術(shù)需求迫切，電動熱管理系統(tǒng)效能，面向冬季工況的動力系統(tǒng)能量綜合利用以及充電場景下電池的插槍保溫和脈沖加熱等都要改進(jìn)和創(chuàng)新。
新京報貝殼財經(jīng)記者王琳琳編輯趙澤校對賈寧
