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广汽发布8分钟超快充?石墨烯电池黑技术不是炒作工具
  • 2021-01-24 01:03

正文|李阳

编辑|史志良

近日,“寿命1000公里,8分钟快速充电”的噱头,将广汽Ean即将发布的石墨烯电池推到了风口浪尖,与同样号称续航达1000公里的威来固态电池正面交锋。一时间,十几年没有发生质变的锂电池技术似乎迎来了飞跃。

乐观情绪没有持续多久。在刚刚结束的第七届中国电动汽车百人论坛上,动力电池领域的权威人士、中科院院士高说:“有人说,(这款车)能跑1000公里,几分钟就能充电,特别安全,成本还很低。你不必相信,因为这是不可能的。”

“权威专家质疑企业技术成果”的说辞已经有很多媒体的报道,但实际上真正的矛盾在于媒体的误解,专家和企业的意见并不冲突。

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、成本是一个强调平衡的跷跷板,单纯渲染某个特性是不合适的。如果仅仅是为了1000公里的续航,很多年前简单的堆叠电池就可以实现,但是随之而来的热管理、成本和空间安排的压力对于电动车来说是无法承受的。

高的观点主要是提醒消费者,目前的技术已经不能满足长续航的需求,同时兼顾安全性和成本。威来和广汽所谓的1000公里耐力都是付出巨大代价才达到的,这与高的判断完全一致。

在大部分self 媒体曲解之后,广汽爱安发布公告解释说“石墨烯基超快充电电池和长寿命硅负极电池是两种不同的电池技术,预计今年将单独上市。在广汽爱安现有和车型上,1000km电池寿命由于成本因素在市场上不确定。"

突然之间,即将量产的“1000公里续航,8分钟快充”让消费者眼前一亮,但其实电池从来没有过突然的创新,就像中科院物理研究所的李伟博士对一位旅行者(ID:carcaijing)说的那样,“电池是一个复杂的系统。一种新材料的商业化必须是所有支撑材料的同步创新,这本身就是一个漫长的过程;产品开发后,还有小试、中试、量产等阶段,期间需要时间不断修改。因此,电池技术创新往往缓慢。”

如果掀开“概念”的面纱,你会发现电池技术创新的故事远非精彩。

石墨烯电池:炒作比实际值更有意义

GAC电池突然出圈,除了1000km续航,8分钟快充的噱头外,很大程度上取决于石墨烯电池的神秘性。

石墨烯自2004年问世以来,已经成为“神奇材料”的代名词,在各个工业领域肩负着“质变”的重任。随着新能源汽车的发展,“石墨烯电池”的概念被反复提及,但对于石墨烯电池来说,可以用一句话来说:炒作意义远大于实际价值。

2016年10月,在菲斯克破产并在美国被收购后,53岁的传奇汽车设计师亨德里克·菲斯克(·菲斯克)开始了重建菲斯克的第二次创业,并宣布该公司生产的石墨烯电池将用于即将推出的菲斯克情感电动车。一度和特斯拉一样出名的新车动力似乎又回到了巅峰。

然而,仅仅一年后,菲斯克说,“因为石墨烯电池不能很好地控制成本,并且存在技术缺陷,所以菲斯克选择放弃使用石墨烯电池,使用韩国LG Chem生产的先进圆柱形锂离子NCM化学电池。”毫无疑问,石墨烯电池已经成为了炒作菲斯克高调重生的工具。

无独有偶,2017年底,三星提交了石墨烯电池专利;次年年初,三星演示了一项名为“石墨烯球”的技术,可以将电池容量提高45%,充电速度提高5倍,12分钟即可充满电。在接下来的几年里,关于三星石墨烯电池的动态新闻层出不穷。然而,一直以坚持石墨烯的姿态运行的三星,却从未出现过真正的石墨烯动力电池。

这一次,GAC Ean成为石墨烯电池概念的主持人,但这个概念一经提出,就受到业界的广泛质疑,因为GAC Ean只是将石墨烯作为辅助材料添加到电池中。

常规来说,一般的电池都是以其核心材料(锂电池的四种原材料:正极、负极、隔膜、电解液)来命名的,比如三元锂电池,即正极材料为三元锂;磷酸铁锂电池,即正极材料为磷酸铁锂;固态电池是指电解液为固态;锂金属电池使用锂金属作为负极。至于圆柱体、正方形和叶片,它们以其非凡的形状命名。

如果只使用石墨烯作为添加剂,将被命名为石墨烯电池。以石墨烯为主要材料的电池一旦出实验室应该如何命名?

事实上,在经历了石墨烯电池的炒作之后,GAC Aen开始在各种场合强调,所研发的电池全称是石墨烯基超快充电电池,而不是石墨烯电池。宁德时代的一位高级工程师对一位旅行者(ID:carcaijing)说:“据我所知,石墨烯目前最多是作为导电添加剂使用,我从来没见过哪一种使用真正的石墨烯电池。”

彭辉能源研究所所长、广汽Ean石墨烯电池合伙人刘建生也向Traveler(身份证号:carcaijing)证实,广汽开发的石墨烯基超快充电电池利用石墨烯作为正极材料上的导电添加剂来提高导电性。同时,刘建生还指出,电池成本并没有显著增加。

需要指出的是,广汽爱安并不是第一家在电池中使用石墨烯的公司。早在2017年年中,比亚迪和郭萱动力电池就实现了石墨烯作为导电添加剂的大规模配置。石墨烯供应商浩鑫科技技术总监也公开表示,石墨烯导电剂已用于唐、唐系列电动车。

石墨烯也是用来做导电剂的,但只有广汽永旺用石墨烯做宣传点,难免会引起玩文字游戏的嫌疑。

但是2017年的石墨烯进口技术并不成熟。"石墨烯的应用效果参差不齐,主要是由于石墨烯和石墨烯的制备."一家高层石墨烯企业告诉一位旅行者(ID:carcaijing)“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)。现阶段石墨烯可以做到10层以内,价格高。真正神奇的“单层”石墨烯仍处于实验室阶段。”

“另外,在石墨烯改性的过程中,将石墨烯粉末均匀分布到浆料中,并将石墨烯浆料均匀添加到电极材料中的过程,对工艺的要求非常高,这也使得石墨烯改性成为可能。技术已经成熟,但至今没有得到广泛应用。”石墨烯企业的高级官员说。

相对来说,广汽Ean的石墨烯进口技术更加成熟。据GAC Ean的一位乘客(身份证号:carcaijing)介绍,通过3D石墨烯的制备技术(3DG),GAC Ean已经将石墨烯的制备成本降低了90%以上。

从效果上看,GAC要释放的石墨烯基超快充电池的充放电速率已经达到6C(即放电时间为10分钟),这是以往电池所没有的。广汽所谓8分钟(0-80%)快充的“月充时代”并非空穴来风。

抛开概念游戏的嫌疑,理论上,GAC的石墨烯基超快充电电池是可以实现的。只是本质上石墨烯的应用并没有实现电池技术的飞跃,只是起到了锦上添花的辅助作用。

电动车1000公里续航之谜

在广汽Aen的宣传中,具有讽刺意味的是,消费者最关心的石墨烯技术与1000km电池寿命并没有直接关系。

1月17日,广汽爱安总经理顾惠南对一位乘客(ID:carcaijing)说,“8分钟快充、1000公里续航的电池其实是两项技术。前者基于石墨烯技术,后者通过硅阴极技术实现。”不幸的是,这两种技术不能同时在同一个电池上使用。

据广汽Ean的一位旅行者(ID:carcaijing)介绍,“石墨烯基超快充电电池有望在9月份量产,搭载的第一辆车是广汽Ean AION V,续航里程500-600公里。电池寿命为1000公里的新型硅阴极电池也将在今年第四季度大规模生产。第一款是广汽永旺AION LX。”

相比起着锦上添花作用的石墨烯技术,广汽宣传的1000km对应的硅阴极技术更有价值,因为它实际上提高了电池的能量密度。

硅是比容量最高(4200 mAh/g)的阳极材料,是主流阳极材料石墨的12倍以上。但由于硅在充放电过程中体积膨胀3倍以上,电化学性能变差,至今未离开实验室。

虽然硅不能直接作为负极商业化,但是石墨中掺杂少量硅的负极(硅碳负极)已经进入市场,可以在一定程度上提高能量密度。目前,相关企业对电池负极的推广也集中在不断提高硅含量上。至于直接用硅做负极材料的电池,目前还没有出现。

一个旅行者(ID:carcaijing)询问广汽Aean的硅比,没有得到明确回复。但从性能提升的角度来看,GAC硅阴极电池也是一种硅含量较高的硅碳阴极。

据顾惠南的旅行家(ID:carcaijing)“使用硅阴极技术后,电池的能量密度可以提高到280wh/kg(瓦时/千克),而目前主流的三元锂电池的能量密度为230-240wh/kg。如果配备超过150千瓦时(kwh)的硅阴极电池,电池寿命可攀升至1000公里。”

值得一提的是,2020年车企将高端电动车基准提升至700公里后,1000公里显然成为车企下一阶段续航竞争的又一里程碑。一周之内,威来汽车固态电池、广汽爱安硅负极电池、宁德时代长寿命电池均声称寿命可延长至1000公里。

理论上,汽车续航能力是由多维因素决定的,包括电池容量、热管理、重量轻、风阻、电机效率等。其中,增加电池容量是最直接的方式。但是盲目的堆叠电池会导致电池成本急剧上升,内部空间布局困难,热管理容易失控,车辆效率低下,以及其他汽车公司无法承受的负面影响。因此,电池公司一直在追求高容量密度电池,以提高电池容量。

自2020年以来,另一种增加电池容量的方式逐渐被汽车公司接受,即低能量密度的磷酸铁锂电池。其原理是CTP无模块技术(也叫刀片电池)可以大大提高体积密度,让汽车在有限的空间内可以搭载更多的电池,也可以达到提高电池整体容量的效果。

目前特斯拉Model 3和比亚迪韩都采用了这个方案。此前,威来曾被怀疑在宁德时代使用磷酸铁锂电池。威来汽车创始人李斌向一位旅行者(ID:carcaijing)承认,搭载CTP无模块技术的磷酸铁锂电池是讨论电动车长寿命的方案之一,但目前仍在讨论中,尚未决定量产。

显然,1000公里电动车正在向消费者靠拢。但是,所有的礼物都偷偷标了个好价钱。正如高所说,在目前的技术条件下,汽车企业不可能在兼顾安全和成本的情况下实现1000公里的续航能力。广汽Ean也在公告中明确表示,长寿命硅负极电池的普及受电池总成本和消费者接受度的影响,市场需求不确定。

石墨烯基超快充电电池除了1000km续航成本高外,还真的需要实现8分钟快速充电,这还涉及到相关配套设施。目前广汽Ean已经在番禺建成了最大功率600kw的广汽超级充电桩,是特斯拉最大功率的两倍。但由于600kW确实有些夸张,而且对电网的承载能力提出了相当严格的要求,这种超级充电桩能否快速进入市场还有待讨论。

“续航1000公里,8分钟快充”看似有亮眼的数据,其实还没有达到真正成熟普及的使用条件。


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