華為苦苦研發的石墨烯電池，居然被汽車企業先研發出來了 (轉載)

厚度僅為頭發絲的20萬分之一，強度是鋼的200倍，是世界上已知的最薄、最輕、最強的材料——近年來，石墨烯這種神奇的物質已被公眾所熟知。

　　小到用于制作一片可隨意擺弄的電子紋身，大到取代石油，關于石墨烯在各領域的特殊功效更是不絕于耳。然而，真正面世的石墨烯產品卻非常少。難道這一切都是炒作？

　　當然不是！近日，上汽石墨烯電池研究有了新成果推出，可使新能源汽車動力電池能量密度和壽命大幅提升。來聽負責該項目的上汽前瞻技術研究部工程師朱冠楠、中科院上海微系統與信息技術研究所研究員夏保佳的詳細解讀。

　　Q：開發石墨烯電池主要是為了解決什么問題？

　　夏保佳：研究石墨烯電池的最初目的是為了大幅提升新能源汽車動力電池的能量密度。

　　進入21世紀，能源短缺和環境污染問題日趨嚴重，發展新能源汽車成為當務之急。然而，電池能量密度成為阻礙新能源汽車發展的最大瓶頸，目前的鋰離子電池技術又不能滿足新能源汽車持續增長的能量密度需求。

　　如何提高電池的能量密度？基本思路是采用新材料對目前電池的各部分做相應替換。從目前公開的信息可以看到，各大電池企業的技術路線均為“高鎳三元或富鋰錳基正極材料+硅基負極材料+高壓電解液和陶瓷隔膜”。

　　其中，硅基負極材料比當前常用的石墨負極材料在提升能量密度方面功效更明顯。圍繞這樣的思路，以硅、石墨烯復合材料為負極的石墨烯電池走進我們的視線，開始得到越來越多的研究。

　　Q：石墨烯的哪些特殊性質使它在動力電池領域受到了如此多的關注？

　　夏保佳：在以硅、石墨烯復合材料為負極的石墨烯電池中，硅材料有著重要作用，但同時也會造成電池循環壽命不長，電池容量衰減極大等問題。其主要原因是，硅材料在循環使用過程中，體積會發生膨脹，從而引起電極阻抗，阻礙電流傳輸，或導致保護負極材料的SEI膜破裂，甚至使得電極在應力作用下損壞。

　　而石墨烯具有較好的柔韌度，可在適當的技術條件下，包袱負極材料，有效抑制硅材料的體積膨脹，穩定SEI膜。與此同時，片狀、且導電性能優良的石墨烯還可以通過相互堆疊，一方面架構出相對分散的負極結構，從而給硅材料提供相對寬松的空間，避免其膨脹導致的電極結構不穩定；另一方面構建良好的導電網絡，緩解硅材料體積膨脹導致的電極阻抗。

　　Q：石墨烯電池研制難在哪里？為什么成功的企業不多？

　　夏保佳：研制以硅、石墨烯復合材料為負極的石墨烯電池，最大難點就是負極材料的制備。很多研制工作無法取得突破，首先因為石墨烯價格非常昂貴，不但導致研制投入過高，而且很可能讓研制成果只能停留在試驗階段，缺乏實際應用的可能。

　　其次，用石墨烯制備電極，需要將石墨烯粉末調成漿料，讓石墨烯均勻分散在溶劑中，但這一目標卻不太容易實現，石墨烯漿料分散困難問題一直困擾著很多研究人員

　　此外，硅、石墨烯復合材料的結構設計不合理，復合技術難突破，導致研制出來負極材料的達不到預期的效果，也是石墨烯電池研制過程中的一大難點。

　　我們通過大量的研究和嘗試，用物理剝離的方式獲得了理想的石墨烯材料，并開發出可直接用于電極混漿制備的高分散石墨烯漿料。與此同時，基于工業化噴霧造粒技術，最終我們成功研制出了性能優越、價格適中的石墨烯電池負極復合材料。

　　Q：此次開發出來的石墨烯電池能量密度和壽命達到了多少？與同類產品相比處于怎樣的水平？

　　朱冠楠：通過新研制的硅、石墨烯復合負極材料，搭配高鎳三元正極材料，我們設計并制備了18650石墨烯電池，能量密和循環壽命均達到國際一流水平。

　　后續，通過調控負極中的硅含量以及電芯工藝優化，能量密度可進一步提升，并有望提前實現2020年電池產業化指標。

　　Q：石墨烯現在在各領域都很火，此次研究成果是否還有其他方面的應用價值？

　　朱冠楠：此次研究最主要的成果是制備了硅、石墨烯復合負極材料。該成果除了可以用以提升現用的液態電解質電池能量密度，還被我們用于開發固態電池。

　　目前，固態電池在研制過程中，其負極材料多選用金屬鋰。然而金屬鋰化學性質非常活潑，對固態電解質、隔膜等部件要求都十分高。而如果選用我們新研制的硅、石墨烯復合材料做負極，將在很大程度上降低固態電池的研制難度和成本。

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