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石墨烯电池商用时代要来了吗?

发布时间:2019-10-12 22:03:17 编辑:笔名

新闻背景:近日,华为技术有限公司(下称华为)宣布,其研发的全球首个超级石墨烯基电池即将上市。据悉,该技术的问世,是锂电子电池技术的一项重大突破。另有消息称,华为将在2016年12月底推出该技术的超级快充手机,届时石墨烯商用时代将正式开启。

一段时间以来,这则“华为开启石墨烯商用时代”的消息刷爆了朋友圈,石墨烯电池真的要来了吗?对此,笔者通过检索华为提交的石墨烯相关专利申请,结合锂电池发展方向和近年来石墨烯电池的应用范围来分析一二。

技术性能有待完善

近年来,石墨烯作为一种高价值的产业资源被世界各国高度重视,然而究竟什么是石墨烯呢?据了解,石墨烯是一种由碳原子紧密堆积构成的二维晶体,在目前已知的二维材料里,单层石墨烯具有强度高、韧性好、重量轻、透光率高、导电性佳、具有优异的室温导热和透光性等特点,可以说是新时代的“超级材料”。截至目前,业界对石墨烯电池并没有给出准确定义。据笔者了解,近日华为对外公布即将推出的石墨烯基锂电池,性能主要集中在锂离子的活动上,石墨烯基锂电池可以看作是添加了石墨烯材料来提高锂电池的电化学性能。石墨烯在锂电池中常见的应用主要体现在以下几个方面:(1)用作散热材料,主要是导热填料,或用于散热需求的石墨烯薄膜;(2)用于正极制备,主要用作导电剂添加到正极中,以提高倍率和循环性能;(3)用于负极材料,利用石墨烯片层的柔韧性来缓冲其他材料体积膨胀,以及利用石墨烯优异的导电性能来提高充放电速度。

根据相关信息显示,此次华为推出的石墨烯锂电池技术的重大突破主要包括:在电解液中加入特殊添加剂,去除痕量水、避免电解液高温分解;在电池正极中选用改性的大单晶三元材料,从而提高热稳定性;采用新型材料石墨烯,实现锂离子电池与环境间的高效散热。据笔者了解,因为锂电池与环境间的60度以上的高效散热不适用于人们使用的手机或笔记本,这项技术并不能用于常用便携设备,更多反映的是华为的基站和工程设备的实际需求。

现实应用尚存距离

笔者通过检索中国专利文摘数据库了解到,华为从2012年开始就在我国提交涉及石墨烯技术的专利申请,截至2016年12月,共提交17件专利申请。从技术分布上来看,相关技术主要集中在锂电池正、负极应用,电池散热,石墨烯材料制备,太阳能电池光学应用等领域,但每一分支技术尤其是散热和锂电池负极制备方面的专利申请数量很少。

通过专利检索,笔者进一步分析了该电池散热方面的相关技术。目前,华为在散热方面的专利申请仅有3件,分别涉及散热填料粉末和石墨烯薄膜等,并没有针对用于锂电池的散热应用,据此判断,华为抗高温石墨烯锂电池成为现实可能还需要一段时日。

此外,笔者还全面分析了锂电池负极制备领域的一种锂离子电池的负极材料及其制备方法和锂离子电池的申请(公开号为CN103887506A),该专利申请主要涉及硅基负极电池,采用氧化石墨烯材料仅作为包覆的碳素材料使用。同时笔者还检索分析了一种锂离子二次电池负极活性材料及其制备方法(公开号为CN104253269A),该技术涉及涂敷石墨烯和均匀分散在石墨烯上的纳米颗粒,可有效提高电池的导电性能。但是相关的石墨烯分散工艺,与其他颗粒的混和以及用于锂电池时防止对电解液改性影响方面,都没有较强的技术支撑,其能否进行产业化生产还待验证。石墨烯可归为碳类,硅做为热点非碳负极材料,在理论容量上接近石墨烯的5倍,并具有低成本,制备工艺简化稳定的优势。笔者通过检索德温特数据库发现,硅基负极制备及其电池技术支撑的专利申请量远超过石墨烯负极电池,也就是说现阶段硅基负极电池技术更贴近产业化要求,而且各大电池厂商和研发机构也更倾向于硅基负极的研发和应用。然而考虑到石墨烯制备成本,仅依靠石墨烯材料的导电性能实现快速充电性能必将带来成本的大幅提升,如果在无法显著扩充锂电池容量,提高续航能力的情况下,仅追求快速充电而采用这样昂贵且不够稳定的技术,在现阶段并不被行业生产者看好。

综上,笔者认为,从目前来看,石墨烯电池要想在应用领域实现突破,还有待技术的进一步完善。

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