石墨烯應用成動力電池企業制勝點
近日，由中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟、青島國家高新技術產業開發區聯合主辦的2016中國國際石墨烯創新大會在山東青島國際會展中心舉行，動力電池石墨烯材料應用技術成為大會關注的焦點之一。
“石墨烯優良的導電性能，決定了其在動力電池領域大有作為。”將在明年實現應用石墨烯材料的動力電池小批量生產的奧冠集團董事長孟繁友告訴本報記者，動力電池是新能源領域的一項主要產品，其性能提升事關我國電動汽車、電動大巴等環保產品的推廣應用進程。
“石墨烯材料與傳統電池材料混合，能夠顯著提升電池充放電、循環壽命等，助力我國環保事業發展，這也是世界各國動力電池企業在新一輪市場競爭中的制勝點。”但孟繁友同時表示，真正實現石墨烯材料對動力電池的最大效能改進，還有一段路要走。
石墨烯應用是動力電池行業研究熱點
我國動力電池技術已達到國際同等先進水平。“我國很多中型電池企業基本都具備了國際研發實力。例如，奧冠的研發團隊在德國，所研發課題基本都是與德國同步開展的研究。”孟繁友介紹，德國電池技術幾乎是國際電池技術的最高點。目前，德國電池行業正努力研發石墨烯應用技術，這也是世界各國電池行業的研究熱點。
“當前，我國有關石墨烯應用的研究成果、研究水平絲毫不遜于英國、澳大利亞等國家。”他認為，在新一輪的市場競爭中，石墨烯應用技術或成為世界各國動力電池企業制勝的關鍵點。
“在當前的平均生產水平下，石墨烯材料可以將動力電池導電性能提升約20%、循環壽命提升20%~30%。如此，動力電池將更加適用于電動汽車領域。”孟繁友說，應用石墨烯之后，動力電池可以在20分鐘內充滿80%的電。他解釋，這是因為，石墨烯能夠克服電阻阻抗，使電流更加暢通地導入電池活性物質，從而縮短電池充電時間，增加電池循環壽命。
“應用石墨烯材料會增加7%~8%的生產成本，增加約20%的銷售價格。”孟繁友表示，對于規模企業來講，這一成本增加比例并不算多。他強調，用戶特別重視追求動力電池的穩定性和功率提升，在導電性能提升20%的情況下，用戶并不認為新產品價格高。
孟繁友介紹，當前，公司生產的應用石墨烯材料的動力電池已經在北京、江蘇宿遷、山東德州等地試運行。明年9月，公司就能夠將該產品小批量地應用到電動汽車領域。“不過，具體推進活動還需要視產品在這一年內的實際運行曲線、安全性能等情況而定。”他表示。
石墨烯應用效果與預期有差距
石墨烯材料應用不可能一蹴而就。目前，石墨烯應用效果與預期還有差距，還需要繼續攻關。
“首先，加入多少量的石墨烯材料才能實現最高的產品性價比，有待進一步研究。”孟繁友表示，將一定量的傳統電池材料與一定量的石墨烯混合后，電池的導電性能會提升到一個上限。理論上講，傳統電池材料與石墨烯都是碳，多加入石墨烯不會對電池本身產生負面影響。“但由于性能提升有上限，多用石墨烯只會毫無意義地增加生產成本。”他強調，業內需要進一步探索傳統電池材料與石墨烯最佳的混合比例，以實現最高的產品性價比。
“另外，石墨烯材料應用也對傳統電池生產工藝、流程提出了挑戰。”孟繁友說，石墨烯只有在真空環境中才能比較均勻地混合。但即便是在真空環境中混合，新產品也只能達到近20分鐘充滿電、提升約20%循環壽命的效果，與理論預期的10分鐘充滿電、提升50%以上循環壽命的目標還有差距。
“石墨烯應用技術、工藝需要進一步完善、提升。”孟繁友表示，不僅如此，不同類型的動力電池應用石墨烯材料的加工工藝也需要不斷細化研究。他說，以奧冠生產的膠體電池、磷酸鐵鋰電池為例，兩者應用石墨烯材料的運行工藝有很大不同。
市場對應用石墨烯材料的動力電池要求越來越高。“除了要求快充快放，還要求其具備更強的環境適應性。”孟繁友說，其有客戶提出，希望產品能夠在零下20攝氏度和60攝氏度的環境下工作，我們正就此作新一輪的技術攻關。
孟繁友還表示，當前，但凡有規模的企業都進入了石墨烯應用研發領域，但絕大多數是停留在實驗室階段。“即便有企業生產出產品，但對于石墨烯在哪些方面提升了產品性能、具體提升了多少等，企業無法提供有效數據。”孟繁友說，雖然多層石墨烯能夠滿足當前市場對動力電池性能提升的需求，但對于動力電池來說，石墨烯顆粒越細膩、用量越小，其導電性能提升效果就越好。因此，他更希望應用單層石墨烯。
“然而，在我國當前現有的制造裝備水平下，并無法保證供給單層石墨烯。”他表示，應用石墨烯材料的動力電池技術發展依然任重道遠。
朱先生