鉅大LARGE | 點擊量：987次 | 2021年11月19日
石墨烯電池商用時代要來了嗎？
近日，華為技術(shù)有限公司（下稱華為）宣布，其研發(fā)的全球首個超級石墨烯基電池即將上市。據(jù)悉，該技術(shù)的問世，是鋰電子電池技術(shù)的一項重大突破。另有消息稱，華為將在2016年十二月底推出該技術(shù)的超級快充手機，屆時石墨烯商用時代將正式開啟。
一段時間以來，這則“華為開啟石墨烯商用時代”的消息刷爆了朋友圈，石墨烯電池真的要來了嗎？對此，筆者通過檢索華為提交的石墨烯相關(guān)專利申請，結(jié)合鋰離子電池發(fā)展方向和近年來石墨烯電池的應用范圍來分析一二。
技術(shù)性能有待完善
近年來，石墨烯作為一種高價值的產(chǎn)業(yè)資源被世界各國高度重視，然而究竟什么是石墨烯呢？據(jù)了解，石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，在目前已知的二維材料里，單層石墨烯具有強度高、韌性好、重量輕、透光率高、導電性佳、具有優(yōu)異的室溫導熱和透光性等特點，可以說是新時代的“超級材料”。截至目前，業(yè)界對石墨烯電池并沒有給出準確含義。據(jù)筆者了解，近日華為對外公布即將推出的石墨烯基鋰離子電池，性能重要集中在鋰離子的活動上，石墨烯基鋰離子電池可以看作是添加了石墨烯材料來提高鋰離子電池的電化學性能。石墨烯在鋰離子電池中常見的應用重要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）用作散熱材料，重要是導熱填料，或用于散熱需求的石墨烯薄膜；（2）用于正極制備，重要用作導電劑添加到正極中，以提高倍率和循環(huán)性能；（3）用于負極材料，利用石墨烯片層的柔韌性來緩沖其他材料體積膨脹，以及利用石墨烯優(yōu)異的導電性能來提高充放電速度。
根據(jù)相關(guān)信息顯示，此次華為推出的石墨烯鋰離子電池技術(shù)的重大突破重要包括：在電解液中加入特殊添加劑，去除痕量水、防止電解液高溫分解；在電池正極中選用改性的大單晶三元材料，從而提高熱穩(wěn)定性；采用新型材料石墨烯，實現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。據(jù)筆者了解，因為鋰離子電池與環(huán)境間的60度以上的高效散熱不適用于人們使用的手機或筆記本，這項技術(shù)并不能用于常用便攜設備，更多反映的是華為的基站和工程設備的實際需求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
現(xiàn)實應用尚存距離
筆者通過檢索我國專利文摘數(shù)據(jù)庫了解到，華為從2012年開始就在我國提交涉及石墨烯技術(shù)的專利申請，截至2016年十二月，共提交17件專利申請。從技術(shù)分布上來看，相關(guān)技術(shù)重要集中在鋰離子電池正、負極應用，電池散熱，石墨烯材料制備，太陽能電池光學應用等領(lǐng)域，但每一分支技術(shù)尤其是散熱和鋰離子電池負極制備方面的專利申請數(shù)量很少。
通過專利檢索，筆者進一步分析了該電池散熱方面的相關(guān)技術(shù)。目前，華為在散熱方面的專利申請僅有3件，分別涉及散熱填料粉末和石墨烯薄膜等，并沒有針對用于鋰離子電池的散熱應用，據(jù)此判斷，華為抗高溫石墨烯鋰離子電池成為現(xiàn)實可能還要一段時日。
此外，筆者還全面分析了鋰離子電池負極制備領(lǐng)域的一種鋰離子電池的負極材料及其制備方法和鋰離子電池的申請（公開號為CN103887506A），該專利申請重要涉及硅基負極電池，采用氧化石墨烯材料僅作為包覆的碳素材料使用。同時筆者還檢索分析了一種鋰離子二次電池負極活性材料及其制備方法（公開號為CN104253269A），該技術(shù)涉及涂敷石墨烯和均勻分散在石墨烯上的納米顆粒，可有效提高電池的導電性能。但是相關(guān)的石墨烯分散工藝，與其他顆粒的混和以及用于鋰離子電池時防止對電解液改性影響方面，都沒有較強的技術(shù)支撐，其能否進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還待驗證。石墨烯可歸為碳類，硅做為熱點非碳負極材料，在理論容量上接近石墨烯的5倍，并具有低成本，制備工藝簡化穩(wěn)定的優(yōu)勢。筆者通過檢索德溫特數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，硅基負極制備及其電池技術(shù)支撐的專利申請量遠超過石墨烯負極電池，也就是說現(xiàn)階段硅基負極電池技術(shù)更貼近產(chǎn)業(yè)化要求，而且各大電池廠商和研發(fā)機構(gòu)也更傾向于硅基負極的研發(fā)和應用。然而考慮到石墨烯制備成本，僅依靠石墨烯材料的導電性能實現(xiàn)快速充電性能必將帶來成本的大幅提升，假如在無法顯著擴充鋰離子電池容量，提高續(xù)航能力的情況下，僅追求快速充電而采用這樣昂貴且不夠穩(wěn)定的技術(shù)，在現(xiàn)階段并不被行業(yè)生產(chǎn)者看好。
綜上，筆者認為，從目前來看，石墨烯電池要想在應用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，還有待技術(shù)的進一步完善。
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