誰在炒作“石墨烯電池”概念，背後的產業真相大起底

誰在炒作“石墨烯電池”概念，背後的產(chan) 業(ye) 真相大起底

“充電5分鍾，通話N小時。”近些年，這句廣告語已經成為(wei) 某品牌打出的金字招牌，如果走到手機銷售櫃台，熱心的導購還會(hui) 告訴你，這是廠家使用了“石墨烯電池”的緣故。



4月，剛剛從(cong) 日內(nei) 瓦車展回國的正道汽車，再次攜旗下三款增程式電動概念車參加上海車展，“綜合續駛1000km”、“石墨烯超級電池”，是它此次亮相車展期間最醒目的標簽。



8月，又一款據稱搭載石墨烯電池的電動汽車Fisker將亮相於(yu) 世，這家來自美國的電動汽車製造商表示采用石墨烯技術的新車能夠延長續航裏程、電池壽命，同時縮短充電時間。這則消息傳(chuan) 入國內(nei) 後，媒體(ti) 稱之為(wei) ：裏程碑式的黑科技。



石墨烯又熱了，這一次是因為(wei) 動力電池。其實，石墨烯的熱度似乎又從(cong) 未降低過，但凡涉及石墨烯的投資領域，必定引來大量關(guan) 注。這是一種怎樣神奇的物質？揭開石墨烯的麵紗，我們(men) 試圖去洞悉它的真相。

最薄卻最堅硬的碳

石墨烯第一次“熱”起來，是在其發現者英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫獲得諾貝爾獎的2010年。



兩(liang) 位科學家研製石墨烯的過程很有意思，他們(men) 將石墨分離成較小的碎片，從(cong) 碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然後用塑料膠帶粘住薄片的兩(liang) 側(ce) 麵，撕開膠帶，通過反複的粘貼與(yu) 撕開，獲得了越來越薄的石墨片，直至最終成為(wei) 單原子層的石墨烯。“通俗地講，紙上的鉛筆痕跡如果不斷地被摩擦，那麽(me) 最後可能就會(hui) 得到石墨烯。”中國汽車技術研究中心試驗研究所新能源實驗室主任王芳在向記者解釋這一物質時，做了一個(ge) 淺顯的說明，同時也揭示了其作為(wei) 碳元素的本質。



“石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平麵薄膜，是一種隻有一個(ge) 原子層厚度的準二維材料，所以又稱之為(wei) 單原子層石墨。”在解釋石墨烯的特性時，王芳談道，“作為(wei) 目前發現的最薄的材料，石墨烯的強度也最大。”比如，麵積為(wei) 1平方米的石墨烯層片可承受4 千克的質量，其強度約為(wei) 普通鋼的100倍，用石墨烯製成的包裝袋，可以承受大約2噸的重量。石墨烯在室溫下導電導熱性能很強，電阻率甚至比銅或銀還要低，而它在室溫下的熱導率是矽的36倍、銅的10倍多。



自然界中的奧妙是無窮的，也正是由於(yu) 具有高導電性、高導熱性、高強度和高剛度，石墨烯在業(ye) 內(nei) 被冠以“黑金”或者“新材料之王”的頭銜。“它使得一些此前隻能在理論上進行論證的量子效應可以通過試驗進行驗證，也使得一些原來需要在巨型粒子加速器中進行的試驗，如今可以在小型實驗室內(nei) 用石墨烯進行。石墨烯還具有所謂的量子霍爾效應，這種諾貝爾獎量級的重要效應在以往是需要在極低溫下才能顯現的，石墨烯卻能將它帶到室溫下。這是石墨烯給人類物理學研究帶來的特殊意義(yi) 。”王芳說。



近年來，隨著新能源汽車和移動通訊設備的發展，如何改進和提升各類動力和儲(chu) 能電池材料的性能，成為(wei) 業(ye) 內(nei) 一直以來關(guan) 注的一個(ge) 焦點問題。記者在與(yu) 多位業(ye) 內(nei) 專(zhuan) 家交流時了解到，將石墨烯作為(wei) 基礎材料添加到現有的各類電池材料中，已經成為(wei) 國內(nei) 各主流電池企業(ye) 采用的一種普遍的電池生產(chan) 方式。



據王芳介紹，目前看來，在主流應用技術中，石墨烯所扮演的角色主要有三：一是直接作為(wei) 正-負極材料；二是作為(wei) 導電添加劑添加到正負極電極材料中或對電極材料進行複合改性處理，提高電極導電性和充放電倍率性能；三是作為(wei) 集流體(ti) 或者集流體(ti) 塗層，其主要作用在於(yu) 提高電池功率特性。其中，石墨烯直接作為(wei) 負極材料時，因其表麵特性極易受到外界影響導致穩定性極差，存在首次效率低下等問題，不能滿足鋰離子電池的性能需求，所以在鋰離子電池上的應用主要為(wei) 後兩(liang) 種方式。"



一位電池企業(ye) 負責人向記者描述石墨烯在負極材料中的工作原理時談道：“如錫基、矽基等高容量型的鋰離子電池負極材料，存在的問題是隨著鋰離子反複地嵌入和脫出，電極在充放電過程中，體(ti) 積變化較大，活性材料剝落，使得電極活性物質之間失去電接觸，導致電極表現出較差的循環性能。而石墨烯憑借其獨特的二維薄片結構，在充放電過程中體(ti) 積變化很小，可有效抑製高容量負極材料的體(ti) 積膨脹，並阻止負極材料的團聚現象。”



更像電池車間裏的“味精”

在詳細介紹了石墨烯優(you) 異的物理和化學特性之後，該負責人話鋒一轉：“盡管如此，石墨烯在電池材料中仍然被視為(wei) 輔助材料，使用比例通常不超過所有材料成分的3%，是實實在在的‘配角’，其地位就像做菜時使用的味精。”



石墨烯對電池性能的改善是否真如味精一般？假若果真如此，那麽(me) 文首所提及的廣告語和電動車企的“續航宏圖”該如何兌(dui) 現呢？帶著這一問題，記者試圖與(yu) 國內(nei) 幾家研發石墨烯電池的企業(ye) 取得聯係，以求獲得答案。



然而，與(yu) 石墨烯在社會(hui) 上產(chan) 生的熱度形成鮮明對比、同時也給記者留下深刻印象的卻是，石墨烯生產(chan) 企業(ye) 負責人在麵對記者一係列問題時，卻表現出異常的謹慎與(yu) 冷靜。在經過多重打聽之後，多家相關(guan) 企業(ye) “不願多談”與(yu) “暫時保密”的回複，讓記者一時間感到更為(wei) 不解。



興(xing) 許確是出於(yu) 技術保密工作需要，一家來自山西的石墨烯材料研發企業(ye) 代表甚至警惕地詢問記者此次調研“最終目的是什麽(me) ”，表明采訪意圖後，最後的對話仍然無果而終。



又或者，那些真正長期使用石墨烯的電池生產(chan) 企業(ye) 能夠解答一二？



日前，記者帶著疑問來到天津力神電池研究院，研究院基礎研發部部長王欣全從(cong) 話題一開始就明確表明態度，石墨烯在這裏就是他們(men) 的“味精”，準確地講，當前甚至沒有所謂的“石墨烯電池”一說。“這是我們(men) 作為(wei) 一家動力電池企業(ye) 的基本論調。”在他身後，從(cong) 電池生產(chan) 車間發出的機器工作聲音一直未有停歇。



在王欣全看來，與(yu) 其去揭開石墨烯的神秘麵紗，這家年產(chan) 能已達30億(yi) 瓦時的電池企業(ye) 卻更願意把研究精力集中在如何提高鋰離子電池比能量上：他們(men) 已經把300瓦時/公斤的電池比能量當作2020年目標。王欣全坦言：“這是一個(ge) 極限，對我們(men) 來說壓力很大。”



從(cong) 對話中記者發現，盡管麵臨(lin) 上述挑戰，力神也並未在石墨烯這種材料上尋找到突破口。“對於(yu) 提高電池性能，石墨烯確實會(hui) 產(chan) 生作用，但是不會(hui) 顛覆電池技術。力神從(cong) 2015年就已開始接觸石墨烯，在所有產(chan) 品種類中，石墨烯的使用比例僅(jin) 為(wei) 30%。”



另一家電池企業(ye) 的代表，超威研究院院長劉孝偉(wei) 向記者表明了相同觀點：“石墨烯本是一種納米碳材料，其化學性能不會(hui) 有太大改變，所以它在電池中的作用是非常有限的，隻是一種輔助材料而已。”他告訴記者，即便是生產(chan) 出“烯王”的東(dong) 旭光電，也沒有將旗下任何一款電池產(chan) 品定義(yi) 為(wei) “石墨烯電池”。



從(cong) 鉛酸電池、鋰鎳電池到鎳氫電池、磷酸鐵鋰電池，不難發現一個(ge) 規律，那就是它們(men) 都是以其中的主要材料或者核心材料得到命名的。“但是‘石墨烯電池’這種提法確實不科學，因為(wei) 它並沒有作為(wei) 嵌鋰電極材料運用於(yu) 電池中，隻是作為(wei) 輔料應用，電池正極材料仍然采用三元材料、磷酸鐵鋰或者錳酸鋰等活性材料。”王芳表示。



以添加劑的形式存在於(yu) 電池中，其主要作用在於(yu) 改善功率特性——這是記者從(cong) 多數電池企業(ye) 負責人口中得到的答案。



此外，一則年初的舊聞不得不提。1月14日，2017中國電動汽車百人會(hui) 論壇上，國家科技部部長萬(wan) 鋼在主旨發言中提到：“石墨烯材料正在逐漸地進入電池的應用中。有的朋友跟我說，我們(men) 現在用的是石墨烯電池，其實說用了石墨烯是對的，但是全部用石墨烯來做電池，似乎從(cong) 科學意義(yi) 上不太準確。”



從(cong) 時間上看，這應該是國家相關(guan) 部委領導關(guan) 於(yu) 石墨烯電池的最新論斷。

誰在“炒作”？

盡管如此，石墨烯在行業(ye) 內(nei) 依然很“火”。這是資本市場的炒作行為(wei) 還是媒體(ti) 在理解上偏差導致的不實報道？



還是從(cong) 手機說起。以國產(chan) 手機“頭牌”華為(wei) 為(wei) 例，自從(cong) 2015年宣布和英國曼徹斯特大學的國家石墨烯研究院合作以來，華為(wei) 時常對外釋放出關(guan) 於(yu) 石墨烯研發的新進展。尤其是在去年底，一則帶有“華為(wei) ”、“石墨烯”、“鋰電池”三個(ge) 關(guan) 鍵詞的新聞更是引人關(guan) 注。當時的報道如下：

“12月1日，華為(wei) 中央研究院瓦特實驗室在第57屆日本電池大會(hui) 上，宣布在鋰離子電池領域實現重大研究突破，推出業(ye) 界首個(ge) 高溫長壽命石墨烯基鋰離子電池。實驗結果顯示，以石墨烯為(wei) 基礎的新型耐高溫技術可以將鋰離子電池上限使用溫度提高10℃，使用壽命是普通鋰離子電池的兩(liang) 倍。”



有意思的是，根據業(ye) 內(nei) 人士的關(guan) 注，部分媒體(ti) 在傳(chuan) 播這則消息時卻將標題關(guan) 鍵詞直接鎖定為(wei) “石墨烯電池”，更有甚者提出“石墨烯商業(ye) 化時代到來”。而根據華為(wei) 公開的資料來看，石墨烯隻是作為(wei) 該款電池中的散熱材料，僅(jin) 用於(yu) 提升鋰離子電池散熱效果，並且電池電極上也並沒有使用石墨烯材料提高導電性，更沒有直接使用石墨烯材質製作電池主體(ti) 。有的觀點認為(wei) ，將其稱為(wei) “石墨烯基鋰離子電池”也有些牽強。



中國科學院寧波材料所研究員劉兆平明確表示：“企業(ye) 或媒體(ti) 放大石墨烯作用的做法是不對的，也是不客觀的。就目前的電池體(ti) 係來看，石墨烯不可能在現有體(ti) 係的電池上產(chan) 生變革性影響，從(cong) 實驗室到工程應用再到商業(ye) 化還有很長的路要走。高校和科研機構的科研人員在實驗室得出的數據和實際的產(chan) 業(ye) 應用還有差距，容易讓人曲解、誤解，很可能隻是概念，沒有通過工程化開發，離實際應用距離甚遠。目前冠以"石墨烯電池"等相關(guan) 技術和產(chan) 品大多涉嫌炒作和忽悠。"

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