华为也把石墨烯搬出来了,果真能充电一分钟续航好几天吗?

刘冠伟

近几天来,华为推出了其新的“高温长寿命石墨烯基锂离子电池”技术,受到广泛关注。然而与此同时,华为自己的宣传中也夹杂了大量的民间媒体的添油加醋式的渲染。笔者认为华为取得了研究进展值得祝贺,但是有必要追本溯源,还原技术的本来面目,并客观分析这些技术对工业应用以及我们日常生活的影响。

华为也把石墨烯搬出来了,果真能充电一分钟续航好几天吗?

这则新闻很有意思,民间给出了各种各样的解读,比如以后手机20秒充满电等等。然而我们看看华为自己的官方介绍,主要有以下几点:

1) 从网址可见,技术英文名叫Graphene assisted Li-ion battery,如果翻译出来,连“强化”(reinforced)都不算,如果直接翻中文,“辅助”(assisted)更确切。注意,这是华为自己说的,不是笔者在附会。

2) 改善性能的三方面:在电解液中加入特殊添加剂,除去痕量水,避免电解液的高温分解;电池正极选用改性的大单晶三元材料,提高材料的热稳定性;同时,采用新型材料石墨烯,可实现锂离子电池与环境间的高效散热。

A) 实际上,只要是在电化学行业中学习过的人都知道锂电电解液中加入添加剂,抑制水,是最基础的解决问题的通用和必须的做法。而为了改善电解液在高温/低温下的性能,都有相应的添加剂,这个改进可以说是中规中矩,但是离惊喜还有点远。

B) 改性大单晶三元材料,该材料的应用可以降低比表面积,减少副反应,高温涨气会好很多,因此对于高温性能有贡献。但是该路线也相应的牺牲了一些其它性能:大尺寸单晶过长的扩散距离,势必削弱电池的扩散-倍率相关性能,因此该款电池距离快充的需求只会比普通电池更远,而不是更近。

C) 石墨烯促进散热。华为一直非常重视石墨烯,相关新闻不绝于耳,然而在这么一个大突破的新闻下,华为只写了石墨烯用于散热,并没有写其可以用作导电剂,或者电极活性物质。实际上,石墨烯高导热的性能是公认的,制成的高性能散热膜也有很强的推广意义。

对于这三点技术可以分析一下:大单晶三元材料更是国内外有相当多的实验室早在关注,三星、松下等企业都有研究及专利申请。石墨烯散热则是石墨烯业内最常见的一个应用思路。所以此项创新更接近于工程集成上的进步。

3) 以上三点合力,得出了该电池的性能:“高温环境下的充放电测试表明,同等工作参数下,该石墨烯基高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃;60°C高温循环2000次,容量保持率仍超过70%;60℃高温存储200天,容量损失小于13%”, 李阳兴博士表示。

总体来说,以上三个技术在电池业内,其实都不罕见。添加剂优化有很多学校、实验室已经试验过。

由上可见,该电池主要是高温性能产生了突破,稳定性和寿命有很大提升,华为自己也表示该技术主要可以向高温严酷环境下推广,但是这与手机、电动汽车领域关注的重点恐怕相距较远,反而是和现在刚刚开始兴起的储能产业有不少的联系。

当然,接下来,华为宣布了自己的快充方面的计划,因此很多人在推测华为本次的技术会助力快充,实现大家期盼的“充电一分钟,续航好几天”的目标。然而根据业内人士的广泛共识,这恐怕有些脱离科学实际。笔者接下来将按行业分类,进行分析。

可能对于消费电子领域的影响

此新闻一出,民间纷纷给出了不同的解读,比如X秒充满电,三星苹果在颤抖等等,爱国心情可以理解,距离技术的真相却越来越远。

实际上,如华为自己宣称,本技术是主要针对高温环境推出,而且根据电化学专业的常识,大尺寸单晶的技术势必会降低快充放性能,该技术距离大家期待的快充非常远,甚至根本就是不同的技术路径。实际上快充主要是要通过降低材料颗粒大小(但不是无限的),提高导电剂比例,优化电池结构等来实现,华为的本项技术与此方面并无太多交集。

关于快充的技术要领,笔者之前有文章论述,在这里不再详述。参见: 《这才是保证电池安全靠谱的快充技术正确打开方式(上)》

此外,对于消费电子产品电池,提高高温性能或低温性能要进行的材料优化有很多路径根本就是矛盾的,所以难以两全。而在这种情况下,很多厂家都优先要求电池低温性能好,为什么?近来大家冬天iPHONE被冻关机的事影响够大吧,这一条就足够了;反而高温性能,对于消费电子品来说,你可能很少会把它夏天落在太阳地里的车里(当然如果这么干了对电池肯定很有害)。

因此总的来说,对消费电子影响不太大,当然对于极端高温条件下服役的无人机这种情况还是有影响的,但是对于一般产品来说,变化不大。

可能对于电动汽车动力电池领域的影响

目前动力电池的一大核心矛盾是电池能量密度低、成本高(跑不远,电池贵),然后安全是一个核心要素,除此三点,其它的因素其实可以往后放一放。具体原因,笔者此前已经有论述。参见:《光说几分钟充满,其它性能都不说的快充技术,都是耍流氓》

实际上,华为的该项目技术解决了高温问题,对于安全性是有一定贡献的,但是对于能量密度和成本基本可以肯定没什么提升。大尺寸单晶和添加剂几乎不会影响能量密度,而成本上涨倒是明显有可能(工艺和材料变复杂了)。此外,与手机电池快充方面一样,该技术也不太可能对动力电池快充有什么贡献。当然你可以说我可以让我的车在60度的情况充电也稳定不烧,那我想问了,你为什么非要把你的车搞到温度辣么高嘞,放在阴凉地里不好咩……

可能对于电网-储能技术领域的影响

储能领域近年来热度不断升起,随着能源领域“互联网+智慧能源”风潮的兴起,传统能源结构的调整势在必行,储能的戏份也会不断加重。储能对于电池的要求其实最核心的是成本(便宜!),能量密度反而可以低些(铅酸依然是传奇老兵)。在这种情况下,华为的该技术对于电池成本恐怕难有贡献,因此对于普通储能领域意义不大。

但是如华为所说,该技术可以用于极端环境地区的通讯基站等处,其实这就涉及到了储能领域的一个细分市场——极端环境下保证储能-供能稳定。说到这,笔者倒是非常认同华为的做法:说明自己就是针对这个细分领域研究的技术。但是像民间媒体一样无限引申扩展该技术的应用范围,过于拔高该技术的意义,对于华为,恐怕更像捧杀。

后记

华为此次公布了研究进展值得鼓励,“石墨烯基锂离子电池”用法相比于之前的“石墨烯电池”的改变也耐人寻味。该技术在高温下的性能是比较好的,然而华为此项技术是不是还停留在实验室阶段,是否有中试放大能力,放大后综合性能、成本等方面是否还能保持也是我们需要持续关注的。电池量产并非易事,华为的电池一直是由ATL、欣旺达等企业供应,我们也希望华为可以在电池领域里取得像其在通信领域里同样的成果,引领中国制造的发展。

民间媒体的爱国心情可以理解,但是无限制的解读和引申该技术的意义恐怕并不可取,技术上的进展,交给技术圈的人去评判,总体来说仍是对于社会负责,对于社会公共资源浪费最少的选择。此外,对于制造业与技术的进步,我们更应该多一份执着踏实,少一些炒作与浮躁,这样才能让我们的技术更上一层楼,早日让中国制造变成中国创造。

与诸位国人共勉。

作者:刘冠伟

来源:第一电动网

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