华为苦苦研发的石墨烯电池，居然被汽车企业先研发出来了 (转载)

厚度仅为头发丝的20万分之一，强度是钢的200倍，是世界上已知的最薄、最轻、最强的材料——近年来，石墨烯这种神奇的物质已被公众所熟知。

　　小到用于制作一片可随意摆弄的电子纹身，大到取代石油，关于石墨烯在各领域的特殊功效更是不绝于耳。然而，真正面世的石墨烯产品却非常少。难道这一切都是炒作？

　　当然不是！近日，上汽石墨烯电池研究有了新成果推出，可使新能源汽车动力电池能量密度和寿命大幅提升。来听负责该项目的上汽前瞻技术研究部工程师朱冠楠、中科院上海微系统与信息技术研究所研究员夏保佳的详细解读。

　　Q：开发石墨烯电池主要是为了解决什么问题？

　　夏保佳：研究石墨烯电池的最初目的是为了大幅提升新能源汽车动力电池的能量密度。

　　进入21世纪，能源短缺和环境污染问题日趋严重，发展新能源汽车成为当务之急。然而，电池能量密度成为阻碍新能源汽车发展的最大瓶颈，目前的锂离子电池技术又不能满足新能源汽车持续增长的能量密度需求。

　　如何提高电池的能量密度？基本思路是采用新材料对目前电池的各部分做相应替换。从目前公开的信息可以看到，各大电池企业的技术路线均为“高镍三元或富锂锰基正极材料+硅基负极材料+高压电解液和陶瓷隔膜”。

　　其中，硅基负极材料比当前常用的石墨负极材料在提升能量密度方面功效更明显。围绕这样的思路，以硅、石墨烯复合材料为负极的石墨烯电池走进我们的视线，开始得到越来越多的研究。

　　Q：石墨烯的哪些特殊性质使它在动力电池领域受到了如此多的关注？

　　夏保佳：在以硅、石墨烯复合材料为负极的石墨烯电池中，硅材料有着重要作用，但同时也会造成电池循环寿命不长，电池容量衰减极大等问题。其主要原因是，硅材料在循环使用过程中，体积会发生膨胀，从而引起电极阻抗，阻碍电流传输，或导致保护负极材料的SEI膜破裂，甚至使得电极在应力作用下损坏。

　　而石墨烯具有较好的柔韧度，可在适当的技术条件下，包袱负极材料，有效抑制硅材料的体积膨胀，稳定SEI膜。与此同时，片状、且导电性能优良的石墨烯还可以通过相互堆叠，一方面架构出相对分散的负极结构，从而给硅材料提供相对宽松的空间，避免其膨胀导致的电极结构不稳定；另一方面构建良好的导电网络，缓解硅材料体积膨胀导致的电极阻抗。

　　Q：石墨烯电池研制难在哪里？为什么成功的企业不多？

　　夏保佳：研制以硅、石墨烯复合材料为负极的石墨烯电池，最大难点就是负极材料的制备。很多研制工作无法取得突破，首先因为石墨烯价格非常昂贵，不但导致研制投入过高，而且很可能让研制成果只能停留在试验阶段，缺乏实际应用的可能。

　　其次，用石墨烯制备电极，需要将石墨烯粉末调成浆料，让石墨烯均匀分散在溶剂中，但这一目标却不太容易实现，石墨烯浆料分散困难问题一直困扰着很多研究人员

　　此外，硅、石墨烯复合材料的结构设计不合理，复合技术难突破，导致研制出来负极材料的达不到预期的效果，也是石墨烯电池研制过程中的一大难点。

　　我们通过大量的研究和尝试，用物理剥离的方式获得了理想的石墨烯材料，并开发出可直接用于电极混浆制备的高分散石墨烯浆料。与此同时，基于工业化喷雾造粒技术，最终我们成功研制出了性能优越、价格适中的石墨烯电池负极复合材料。

　　Q：此次开发出来的石墨烯电池能量密度和寿命达到了多少？与同类产品相比处于怎样的水平？

　　朱冠楠：通过新研制的硅、石墨烯复合负极材料，搭配高镍三元正极材料，我们设计并制备了18650石墨烯电池，能量密和循环寿命均达到国际一流水平。

　　后续，通过调控负极中的硅含量以及电芯工艺优化，能量密度可进一步提升，并有望提前实现2020年电池产业化指标。

　　Q：石墨烯现在在各领域都很火，此次研究成果是否还有其他方面的应用价值？

　　朱冠楠：此次研究最主要的成果是制备了硅、石墨烯复合负极材料。该成果除了可以用以提升现用的液态电解质电池能量密度，还被我们用于开发固态电池。

　　目前，固态电池在研制过程中，其负极材料多选用金属锂。然而金属锂化学性质非常活泼，对固态电解质、隔膜等部件要求都十分高。而如果选用我们新研制的硅、石墨烯复合材料做负极，将在很大程度上降低固态电池的研制难度和成本。

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