广汽发布8分钟超级快充?石墨烯电池黑科技不是炒作工具

    点击数:7822021-01-22 09:45:05 来源: 青岛昊鑫新能源科技有限公司——石墨烯粉|碳纳米管导电剂|导电剂|

    新闻摘要:近日,“续航1000km、8分钟快充”的噱头将广汽埃安即将发布的石墨烯电池推向了风口浪尖,与同样声称续航可达1000km的蔚来固态电池针锋相对,一时间,十几年不曾质变的锂电技术似乎迎来飞跃。

    近日,“续航1000km、8分钟快充”的噱头将广汽埃安即将发布的石墨烯电池推向了风口浪尖,与同样声称续航可达1000km的蔚来固态电池针锋相对,一时间,十几年不曾质变的锂电技术似乎迎来飞跃。



    乐观的情绪没有持续太久,在刚刚结束的第七届中国电动汽车百人会论坛上,动力电池领域权威、中科院院士欧阳明高表示,“如果某一位说,(这个车)既能跑1000公里,又能几分钟充完电,而且还特别安全,成本还非常低,大家不用相信,因为是不可能的。”


    “权威专家质疑企业技术成果”的话术被众多媒体争相报道,但实际上真正的矛盾点在于自媒体的错误理解,专家与企业的观点并无冲突。


    在电池领域,有一个基本常识,电池的能量密度、功率密度、循环特性、安全性和成本是一个强调平衡的跷跷板,单纯地渲染某一特性并不妥。如果只是为了1000公里续航,很多年前就可以单纯的通过堆砌电池来实现,但随之而来的热管理压力、成本压力和空间布置压力,都是电动汽车难以承受的。


    欧阳明高的观点,主要在于提醒消费者:当前技术无法在满足长续航的同时,兼顾安全和成本。而无论是蔚来还是广汽所谓的1000km续航,都是在极大的成本牺牲上做到的,这与欧阳明高的判断完全一致。


    在大多数自媒体作出错误解读后,广汽埃安发布公告解释,“石墨烯基超级快充电池与长续航硅负极电池是两种不同的电池技术,预计于本年内分别搭载在广汽埃安现有AION V和AION LX车型上,其中1000km续航电池由于成本因素,市场存不确定性。”


    突然即将量产的“1000km续航、8分钟快充”晃花了消费者的眼睛,但实际上电池从来就没有突如其来的革新,正如中国科学院物理研究所李泓博士向出行一客(ID:carcaijing)表示的,“电池是一个复杂体系,一个新材料的商业化,必须是所有配套材料同步革新,这本身就是一个长周期过长;而产品开发后,还有小试、中试、量产等阶段,期间不断修正也需要时间。因此,电池技术革新往往较慢。”


    掀开“概念”的面纱,会发现电池技术革新的故事,远远没有想象中精彩。


    石墨烯电池:炒作意义大于实际价值


    广汽电池突然出圈式传播,除了1000km续航,8分钟快充的噱头外,很大程度上还依赖于石墨烯电池的神秘感。


    石墨烯自2004年问世以来就成为“神奇材料”的代名词,肩负着各个工业领域“质变”的重任,随着新能源汽车的发展,“石墨烯电池”概念被反复提及,但对于石墨烯电池,完全可以一言以蔽之:炒作意义远大于实际价值。


    2016年10月,美国菲斯克破产被收购后,已经53岁的传奇汽车设计师亨德里克·菲斯克二次创业,重建菲斯克,并宣布该公司生产的石墨烯电池将用于即将推出的Fisker EMotion电动汽车,一时间,曾与特斯拉齐名的新造车势力仿佛重回巅峰。


    然而,短短一年后,菲斯克称,“由于石墨烯电池不能很好控制成本、技术上存在缺陷等原因,菲斯克选择放弃使用石墨烯电池转而采用韩国LG化学生产的高级圆柱形锂离子NCM化学电池。”毫无疑问,石墨烯电池,成了菲斯克高调重生的炒作工具。


    无独有偶,2017年底,三星递交了石墨烯电池的专利;次年初,三星展示一个名为“石墨烯球(grapheneballs)”的技术,能使电池容量增加45%,充电速度提高5倍,在12分钟内充满电。此后数年,关于三星石墨烯电池的动态新闻层出不穷,然而以死磕石墨烯姿态运转的三星,却始终没能出现一款真正的石墨烯动力电池。



    这一次,广汽埃安成为了石墨烯电池概念的宿主,但这一概念一经提出,就受到了业内广泛质疑,因为广汽埃安只是将石墨烯作为一种辅助材料添加在了电池中。


    从惯例上来讲,一般电池都以其核心材料(锂电四大原材:正极、负极、隔膜、电解液)来命名,例如三元里锂电池,即是正极材料为三元锂;磷酸铁锂电池,即是正极材料为磷酸铁锂;固态电池即是电解液为固态;锂金属电池即是负极采用锂金属。至于圆柱、方形、刀片则是以显著的形状来命名。


    如果只将石墨烯作为添加剂,就冠以石墨烯电池之名,那真正将石墨烯作为电池主材的电池一旦走出实验室,又该如何命名?


    事实上,在经历石墨烯电池的炒作后,广汽埃安也开始在各种场合强调,所研发的电池全名为石墨烯基超级快充电池,并非石墨烯电池。一位宁德时代的资深工程师向出行一客(ID:carcaijing)表示,“我的认知里,目前石墨烯顶多作为导电添加剂使用,还没有见过哪家使用真正的石墨烯电池。”


    广汽埃安石墨烯电池合作伙伴鹏辉能源研究院院长刘建生也向出行一客(ID:carcaijing)确认,广汽所开发的石墨烯基超级快充电池是将石墨烯作为导电添加剂应用在正极材料上,来提高导电性,同时,刘建生还指出,电池成本并没有太显著的提升。


    需要指出的是,广汽埃安并非首家在电池中使用石墨烯的企业,早在2017年中旬,比亚迪、国轩动力电池已实现将石墨烯作为导电添加剂的大规模配置。其石墨烯供应商昊鑫科技技术总监张晓鸿还公开表示,比亚迪秦、唐系列电动汽车都已采用石墨烯导电剂。


    同样是将石墨烯作为导电剂应用,却只有广汽埃安将石墨烯作为宣传点,其中难免有玩文字游戏的嫌疑。


    不过2017年的石墨烯导入技术并不成熟。“石墨烯应用效果参差不齐、主要是石墨烯及石墨烯制备问题。”一位石墨烯企业高层向出行一客(ID:carcaijing)表示,“石墨烯是一种纳米材料,分为单层石墨烯和多层石墨烯(2-10层),而现阶段能将石墨烯做到10层以内的屈指可数,且价格高昂,而真正神奇的‘单层’石墨烯,更是停留在实验室阶段。”


    “另外,在石墨烯改性过程中,想要将石墨烯粉末均匀的分布到浆料,以及将石墨烯浆料均匀添加到电极材料的过程,对工艺的要求非常之高,这也使得石墨烯改性技术早已成熟,至今应用却不太广泛。”该石墨烯企业高层人士表示。


    相对来说,广汽埃安石墨烯导入技术更为成熟,据广汽埃安方面向出行一客(ID:carcaijing)表示,广汽埃安通过三维结构石墨烯(3DG)制备技术,实现了石墨烯制备成本下降90%以上。


    从效果上来看,广汽即将发布的石墨烯基超级快充电池充放电倍率达到了6C(即放电时间为10分钟),这是过去电池所不具备的,广汽所谓8分钟快充(0-80%)的“月充时代”并非空穴来风。


    尽管有概念游戏的嫌疑,但从理论上来讲,广汽的石墨烯基超级快充电池是可以实现的。只是从本质上看,石墨烯应用并没有实现电池技术的飞跃,只是起到锦上添花的辅助功效。


    电动汽车1000km续航之谜


    在广汽埃安的宣传中,颇为讽刺的是,消费者最关注的石墨烯技术和1000km续航,其实并没有直接关系。



    1月17日,广汽埃安总经理古惠南向出行一客(ID:carcaijing)表示,“8分钟快充、续航1000km的电池,其实是两项技术,前者是基于石墨烯技术实现的,后者则是通过硅负极技术实现。”遗憾的是,这两项技术并不能同时用在一款电池上。


    据广汽埃安方面向出行一客(ID:carcaijing)透露,“石墨烯基超级快充电池预计9月份将量产,首款搭载车型是广汽埃安AION V,续航里程500-600km。1000km续航硅负极新型电池也将于今年第四季度量产,首款搭载车型是广汽埃安AION LX。”


    相较于起锦上添花作用的石墨烯技术,广汽宣传中1000km对应的硅负极技术价值更高,因为它实实在在地提高了电池的能量密度。


    硅是目前已知比容量(4200mAh/g)最高的锂离子电池负极材料,是当前主流负极材料石墨的12倍多,但由于硅在充放电过程中会产生3倍以上的巨大体积膨胀,导致电化学性能恶化,至今仍未走出实验室。


    尽管硅无法直接作为负极实现商业化,但在石墨中掺杂少量硅的负极(硅碳负极)早已走向市场,在一定程度上可以提高能量密度。目前,相关企业对电池负极的提升,也重点放在不断拔高硅含量上,至于直接将硅作为负极材料的电池,至今尚未出现。


    出行一客(ID:carcaijing)向广汽埃安方面询问硅比例,并未得到明确回复。但从性能提升幅度来看,广汽硅负极电池,大概率也是一种硅含量较高的硅碳负极。


    据古惠南向出行一客(ID:carcaijing)透露,“使用硅负极技术后,电芯能量密度可提升至280wh/kg(瓦时每千克),而当前主流三元锂电池能量密度在230-240wh/kg之间,若搭载超过150kwh(千瓦时)的硅负极电池,续航可攀升至1000km。”


    值得一提的是,继2020年车企将高端电动汽车续航标杆提升至700km后,1000km显然成为了车企下一阶段续航竞赛的又一里程碑。一周内,蔚来汽车固态电池、广汽埃安硅负极电池、宁德时代长续航电池,都声称可将续航拔高至1000km。


    理论上,汽车续航性是由多维度因素共同决定的,包括电池容量、热管理、轻量化、风阻、电机效率等,其中提高电池容量是最为立竿见影的方式。不过,盲目堆砌电池,会导致电池成本急剧提升、车内空间难以布置、热管理极易失控、整车效率低下等车企难以承受的负面效果。因此电池企业一直在通过追逐高能力密度电池来实现电池容量提升。


    2020年以来,另一种提高电池容量的方式逐渐开始被车企接受,即能量密度并不高的磷酸铁锂电池。其原理是通过CTP无模组技术(又称刀片电池),大幅提升体积密度,使得汽车能在有限的空间里搭载更多的电池,也能达到提高电池整体容量的效果。


    目前,特斯拉Model 3、比亚迪汉都已采用了该方案,此前蔚来疑似采用宁德时代磷酸铁锂电池,蔚来汽车创始人李斌向出行一客(ID:carcaijing)承认,搭载CTP无模组技术的磷酸铁锂电池是讨论电动汽车实现长续航的方案之一,但仍在讨论阶段,尚未决定量产。



    显然,1000km续航的电动车正在走向消费者。不过所有的馈赠都在暗中标好了价格,正如欧阳明高所表示的,当前技术条件下,车企无法在实现1000km续航的同时兼顾安全和成本。广汽埃安也在公告中明确表示,长续航硅负极电池的普及受电池总成本、消费者接受程度的影响,市场需求具有不确定性。


    除1000km续航的高成本外,石墨烯基超级快充电池要真正实现8分钟快充也涉及到相关配套设施的问题。目前广汽埃安已在番禺建设最大功率为600kw的广汽超级充电桩,是特斯拉最大功率的两倍,但由于600kW确实太过夸张,而且对电网的承受能力提出了相当严苛的要求,该超级充电桩能否快速进入市场还有待商榷。


    “续航1000km、8分钟快充”看似数据光鲜,但其实背后都未到达真正成熟、普及的使用条件。

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