鋰電網(wǎng)訊：10 月 22 日中國(guó)三星官方微博已經(jīng)在預(yù)告石墨烯電池了，相比鋰電池來(lái)說(shuō)，其安全性大大提高，同時(shí)散熱性也會(huì)更好，不會(huì)因?yàn)闇囟壬叨霈F(xiàn)傳統(tǒng)鋰電池那樣發(fā)熱、發(fā)燙、起火的問(wèn)題。朋友語(yǔ)重心長(zhǎng)地提到：咱們得抓緊把好料變成好產(chǎn)品，否則時(shí)不待人呀！
這個(gè)石墨烯電池項(xiàng)目我曾跟劉冠偉博士請(qǐng)教過(guò)，這個(gè)技術(shù)是三星先進(jìn)技術(shù)研究院的 In Hyuk Son 在 2017 年通過(guò)文獻(xiàn)來(lái)發(fā)布的技術(shù)，通過(guò) CVD 法制備了石墨烯-氧化硅復(fù)合物，即所謂的“石墨烯球”。其分層三維結(jié)構(gòu)使得氧化硅顆粒之間生長(zhǎng)了石墨烯，通過(guò) Nobilta 球磨技術(shù)將 1wt% 石墨烯球均勻涂覆在富鎳層狀正極材料中。
通過(guò)抑制不利的副反應(yīng)和提高導(dǎo)電性，提升了循環(huán)壽命和快充性能。石墨烯球用于負(fù)極比容量達(dá)到 716.2mAh/g，與沒(méi)有使用石墨烯球的電池相比，在商業(yè)化制備的條件下全電池的體積能量密度提升了 27.6%，達(dá)到 800Wh/L，5C 倍率 60℃ 下循環(huán) 500 次電容保持量仍有 78.6%。
先來(lái)說(shuō)說(shuō)“導(dǎo)電劑”。通過(guò)制備石墨烯球，其正極配方為 97% NCM + 0.5wt% super P + 1.0WT% 石墨烯球 + 1.5wt% 粘合劑，有別于傳統(tǒng)上漿料中 NCM 的占比為 92%。因?yàn)閷?dǎo)電碳材用量變少，可以使該電池的體積能量密度提高 33% 左右，達(dá)到 800WH/L。
目前三元的體積能量密度在 600-700WH/L，直觀地說(shuō)可以達(dá)到更好的快充水平。然而，不愧僅能算是實(shí)驗(yàn)室成果，竟然采用了 CVD 法制備石墨烯球，這種工藝給人的印象就是“貴+設(shè)備要求高”，很難進(jìn)行量產(chǎn)。
更不可思議的是，大費(fèi)周章做了個(gè)昂貴的石墨烯球，在正極材料上只是作為“導(dǎo)電劑”，在負(fù)極則直接作為“電極材料”，而容量在 716mAh/g，其實(shí)也比不上我們以硅/石墨烯負(fù)極材料的數(shù)據(jù)好！
更差的是，一般工業(yè)中電極負(fù)極的碳材料，首次庫(kù)倫效率都要高于95%，結(jié)果他們也不過(guò)是 45% 以下。用直白的話(huà)說(shuō)，成本高、比容量低于現(xiàn)有鋰電池，實(shí)在看不出有何突出點(diǎn)？或許電池 12 分鐘充滿(mǎn)是個(gè)賣(mài)點(diǎn)！
但最大的敗筆就是 5C 測(cè)試條件下，電池容量卻僅有 100mAh/g，只有 0.1C 時(shí)的一半。快速充放電的后果就是，鋰離子在電極材料中不能充分進(jìn)入/脫出，從而造成了容量的下降，說(shuō)實(shí)話(huà)這種數(shù)據(jù)，與其他在“實(shí)驗(yàn)室條件”測(cè)試的材料相比，并不算突出。
上述工藝僅增加倍率性能，對(duì)目前大家比較關(guān)心的克容量幾乎沒(méi)有幫助，比起石墨烯負(fù)極材料，我更看好硅碳負(fù)極材料帶來(lái)的變革。目前幾個(gè)主流企業(yè)的硅碳小樣扣電做下來(lái)負(fù)極首次最高可以到 600mAh/g，首效庫(kù)倫效率差不多 90%，當(dāng)然還有待改進(jìn)，但已經(jīng)是蠻大的突破。
或許有人說(shuō)搞不好過(guò)了一年了，他們已經(jīng)突破而可以商業(yè)化了！我真心講不這么認(rèn)為，首先，這類(lèi)工業(yè)化產(chǎn)品要通過(guò)嚴(yán)格的產(chǎn)品認(rèn)證多半會(huì)超過(guò)一年，三星上次的 Note7 事件已經(jīng)搞得元?dú)獯髠瑢?duì)照這個(gè)時(shí)間點(diǎn)根本不可能已經(jīng)完成工業(yè)化。
其次，最新文獻(xiàn)一定會(huì)先做更新，不會(huì)在學(xué)術(shù)未發(fā)表前就貿(mào)然投入生產(chǎn)。最后，一開(kāi)始采用這種工藝就決定了成本高昂，在手機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)那么激烈下，你會(huì)愿意為多用一天電量而花多一倍價(jià)格買(mǎi)嗎？我是鐵定不會(huì)的！
我還去看了三星在微博的內(nèi)容，但我再回頭看了 2017 年有關(guān)三星石墨烯電池的報(bào)導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)怎么口吻都一樣，只是時(shí)間是在去年。原來(lái)不是國(guó)內(nèi)會(huì)忽悠石墨烯概念，韓國(guó)也不惶多讓?zhuān)覒岩苫蛟S又是狼來(lái)了，但媒體不察也跟著捕風(fēng)捉影罷了！https://www.xiancai8.com/hulianwang/171127222107896.html
Ref.: Nature Communication, 2017, 8:156. | DOI:10.1038/s41467-017-01823-7.
后記
屆時(shí)“快充協(xié)議”的支援上將會(huì)是個(gè)大問(wèn)題，以華為 Mate20 pro 為例，4000mAh 采用了 40W 快充(10V/4A)，在 2C/30 分鐘快充下容量?jī)H能達(dá) 70%，也就是 4000mAh*70% = 2800mAh 的水平。
若三星 S9 若使用石墨烯電池，3000mAh 在 5C/12 分鐘快充，就算一樣以 2800mAh 來(lái)計(jì)算，就需要 40W*5/2=100W。反觀，魅族 2017 年在 MWC 上推出 Super mCharge 快充技術(shù)，也不過(guò)才達(dá)到 55W (11V/5A) 功率輸出，據(jù)了解可以在 15 分鐘內(nèi)將 3000mAh 的電池充到 85%，到時(shí)候可能像東旭光電的充電寶使用了“適配器”。不過(guò)，這樣就把產(chǎn)品層次給拉低了，這也不太可能，那就靜觀其變吧！
當(dāng)然這樣的大功率傳輸，使用特制線材以及連接協(xié)議也是必須的，Super mCharge 在連接線插頭上加入了一塊名為 E-Mark 的智能安全芯片以實(shí)現(xiàn)適配器和設(shè)備間的識(shí)別和建立。我想，在石墨烯電池正式發(fā)布前，三星應(yīng)該會(huì)先發(fā)布快充技術(shù)及配套的安全芯片，那才是我們?cè)撚^察的重點(diǎn)！
