上周五(1月15日)尾盤，廣汽集團(tuán)(SH：601238/HK：02238)“石墨烯電池”9月量產(chǎn)的消息引爆市場(chǎng)。當(dāng)天，A/H兩地市場(chǎng)的廣汽，A股漲停收盤，港股則收漲19.5%，成交額分別達(dá)到10億和37億元。
不過市場(chǎng)里彌漫的樂觀情緒甚至未持續(xù)過24小時(shí)。隔天舉行的中國(guó)電動(dòng)車百人會(huì)論壇上，歐陽明高院士的一番話，迅速為市場(chǎng)的熱忱澆下一盆冷水，他說：“如果某一位說，(這個(gè)車)既能跑1000公里，又能幾分鐘充完電，而且還特別安全，成本還非常低，大家不用相信，因?yàn)槭遣豢赡艿摹?rdquo;
圖1：受“石墨烯電池”消息促動(dòng)，廣汽股價(jià)單日暴漲。來源：百度
“充電8分鐘續(xù)航1000公里”，“續(xù)航1000公里”，廣汽集團(tuán)放出的這顆“電池衛(wèi)星”究竟是怎么回事?
隨著更多業(yè)內(nèi)人加入討論、官方的進(jìn)一步解釋以及我們?cè)诩夹g(shù)維度的研判，目前已大致確認(rèn)3件事：
1. 廣汽所謂“石墨烯電池”說法并不準(zhǔn)確，但并非不切實(shí)際;
2. 該石墨烯電池主要涉及一項(xiàng)電池負(fù)極技術(shù)：以石墨烯作為導(dǎo)電添加劑的“硅基復(fù)合負(fù)極材料技術(shù)”。其中，石墨烯作為負(fù)極材料中導(dǎo)電添加劑的摻入(最多不超過8%)，可以提升電池的高倍率充電性能，即輔助實(shí)現(xiàn)所謂的“充電8分鐘續(xù)航1000公里”;基于“一核雙殼”結(jié)構(gòu)工藝的“硅基鋰離子負(fù)極”，則可以提升電池循環(huán)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)密度與放電倍率性，即實(shí)現(xiàn)所謂的“續(xù)航1000公里”。
3. 該電池同時(shí)涉及一項(xiàng)快充技術(shù)：在以石墨烯為三元鋰電池正極材料導(dǎo)電劑基礎(chǔ)上，通過一套降溫冷卻系統(tǒng)，而實(shí)現(xiàn)6C快充能力，即一種“充電8分鐘續(xù)航1000公里”技術(shù)。
基于這樣的基本事實(shí)，我們的結(jié)論是：廣汽所稱的“石墨烯電池”正確的命名應(yīng)為“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”。這項(xiàng)電池技術(shù)并非新技術(shù)，但在工藝上有較大突破。該電池所標(biāo)榜的性能參數(shù)，雖然有水分，但也有較大的實(shí)現(xiàn)可能性。
01 一顆舊衛(wèi)星
實(shí)際上，長(zhǎng)期追蹤石墨烯技術(shù)的人士都知道，廣汽這幾天放出的“石墨烯電池”衛(wèi)星，本身就是一顆“舊衛(wèi)星”。早在2014年，就有一家名叫Graphenano(中文意為“石墨納米”)的西班牙公司公司就號(hào)稱已與該國(guó)科爾瓦多大學(xué)，聯(lián)合研發(fā)出了全球首件石墨烯聚合材料電池。
在對(duì)外推介這件石墨烯電池時(shí)，Graphenano使用的參數(shù)話術(shù)就包括：
能量密度超過600wh/kg(即每公斤電芯可產(chǎn)生0.6度電。理論上，500wh/kg可以實(shí)現(xiàn)1000公里的真實(shí)續(xù)航);
單次續(xù)航里程可高達(dá)1000公里;
單次完全充電僅需8分鐘以內(nèi);
使用壽命是鋰電池的兩倍。
……
不過令人感到遺憾的是，Graphenano與科爾瓦多大學(xué)主導(dǎo)的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，迄今仍未走出PPT，時(shí)間過去6年多未見落地。
本質(zhì)上說，無論是2014年的Graphenano還是2021年的廣汽，它們所謂的“石墨烯電池”，都是希望通過“核—殼”結(jié)構(gòu)工藝實(shí)現(xiàn)石墨烯與硅的結(jié)合，作為新的硅基負(fù)極材料，部分替代原來完全以石墨為核心的碳基負(fù)極材料，以提升鋰電池的整體容量和充電速度。
故而，這種電池正確的命名方式應(yīng)為“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”，本質(zhì)仍是鋰電池(因?yàn)槭褂昧孔畲蟮暮诵恼龢O材料未發(fā)生變化)，而不是石墨烯電池。
圖2：石墨烯概念圖。
02 有水分但并非不切實(shí)際
歐陽院士的一盆冷水非常及時(shí)，因?yàn)閺V汽所稱的“1000公里高續(xù)航”與“10分鐘快充技術(shù)”均存在一定水分，而且受制于現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)鏈的配套設(shè)施不健全難以短期鋪開。
但理性地說，廣汽前瞻發(fā)布的這項(xiàng)“摻雜石墨烯的鋰電池”，并非不切實(shí)際，“脫水”之后仍有較強(qiáng)的可行性與市場(chǎng)空間。
先說水分：“摻雜石墨烯的鋰電池”仍屬于過渡技術(shù)，性能提升存在天花板。
我們幾乎可以斷定，在廣汽版“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池””中，石墨烯的作業(yè)是作用導(dǎo)電劑，以減小抗阻性、提升充放電的倍率性，即主要用于提升充電速度。
但對(duì)于對(duì)鋰離子電池來說，石墨烯作為導(dǎo)電劑附著于硅基復(fù)合負(fù)極材料中(或同樣作為導(dǎo)電劑附著于三元鋰電正極材料中)，沒有辦法從根本上改變鋰離子電池的能量密度，在提升電池整體容量方面只起到輔助性作用。
在提升電池容量(或稱能量密度)方面發(fā)揮主要作用的，是硅材料(納米硅)。也就是說，廣汽版“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”中，真正的主角是以納米硅為核心的復(fù)合型(其實(shí)引入納米硅后，石墨占比仍超過納米硅)負(fù)極材料。
真正以石墨烯為主體材料的動(dòng)力電池，目前尚無法在實(shí)驗(yàn)室中完全實(shí)現(xiàn)。故而，從截至目前的現(xiàn)實(shí)路徑上看，固態(tài)電池的前景(以特斯拉4680無極耳電池為代表)還是要明顯優(yōu)于“摻雜石墨烯的鋰電池”，后者只屬于一種過渡技術(shù)。
一言以蔽，廣汽所稱的“石墨烯電池”，最核心突破還在于“一核兩殼”結(jié)構(gòu)工藝(下文會(huì)具體說)的硅基復(fù)合型負(fù)極材料技術(shù);但鑒于掌管鋰電池核心性能指標(biāo)的還是正極材料，所以這項(xiàng)技術(shù)在電池性能提升方面存在顯著天花板。
再說現(xiàn)實(shí)意義：廣汽的硅基復(fù)合型負(fù)極材料技術(shù)工藝以及電池快充技術(shù)，擁有理論數(shù)據(jù)支持，有著較為現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用前景與競(jìng)爭(zhēng)力。
眾所周知的是，硅是目前已知比容量(4200mAh/g)最高的鋰離子電池負(fù)極材料，是石墨類負(fù)極材料的12倍多。故而，將納米硅引入鋰電池的負(fù)極材料中，部分替代石墨，理論上可以極大提升鋰電池的能量密度。
目前，現(xiàn)有電動(dòng)車的電池系統(tǒng)能量密度普遍為160wh/kg(比亞迪的漢EV電芯能量密度為170wh/kg，特斯拉model 3長(zhǎng)續(xù)航版為161wh/kg)，而廣汽基于硅基復(fù)合型負(fù)極材料技術(shù)的“摻雜石墨烯的鋰電池”，據(jù)說將能實(shí)現(xiàn)280wh/kg，即實(shí)現(xiàn)了57%的能量密度提升。
如果事實(shí)如此，那意味著：參照160wh/kg能量密度所對(duì)應(yīng)的600公里NEDC續(xù)航，廣汽“摻雜石墨烯的鋰電池”的確可以實(shí)現(xiàn)1000公里NEDC續(xù)航。當(dāng)然，具體到真實(shí)續(xù)航，往往還需要打上6、7折。
另外，關(guān)于這款電池的快充問題，目前有投資者質(zhì)疑其是否噱頭大于實(shí)質(zhì)。而來自廣汽集團(tuán)方面的技術(shù)儲(chǔ)備則顯示，針對(duì)這個(gè)問題，它們的秘密武器是一項(xiàng)“包括殼體、液冷結(jié)構(gòu)及設(shè)于所述殼體內(nèi)的多個(gè)電芯模組”的動(dòng)力電池系統(tǒng)實(shí)用新型專利技術(shù)。
該系統(tǒng)也涉及石墨烯——在正極材料中也添加石墨烯作為導(dǎo)電劑。該系統(tǒng)的核心在于基于石墨烯導(dǎo)電劑的“一套降溫冷卻系統(tǒng)”，使內(nèi)部溫度的一致性和安全性也能得到保障，進(jìn)而確保搭載該系統(tǒng)的車輛可在10分鐘(6C)內(nèi)完成快速充電。
圖3：不同材料的電阻系數(shù)與溫度系數(shù)，第一列為石墨烯。
這里簡(jiǎn)單說下什么是6C快充：目前對(duì)于快充并沒有一個(gè)特別嚴(yán)格的定義，一般可以理解為在小于1小時(shí)內(nèi)充電的制度(即充電速率大于1C)，以區(qū)別于慢充數(shù)小時(shí)級(jí)的充電。根據(jù)早期美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)(CARB)的規(guī)定，電動(dòng)汽車快速充電時(shí)間為10min(6C)。
不過必須指出得是，快沖技術(shù)在當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)，不僅取決于電池本身，更取決于高功率充電樁技術(shù)的推廣。這也在很大程度上，是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈耦合問題，對(duì)中國(guó)的充電樁行業(yè)進(jìn)一步的技術(shù)升級(jí)形成挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
最重要的是，廣汽這一電池技術(shù)，本身對(duì)于石墨烯的需求并不特別大，加之最近3年多基礎(chǔ)型石墨烯產(chǎn)品的售價(jià)大幅降低，所以僅就石墨烯而言，對(duì)于成本的制約并不突出。制約這項(xiàng)電池技術(shù)的主要成本以及難度，可能來自于電池設(shè)備及工藝。
以上，因循謹(jǐn)慎性原則，鑒于固態(tài)電池或許至少要在2025年才能商業(yè)化，廣汽這一“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”如果能夠在一年內(nèi)量產(chǎn)，還是很有競(jìng)爭(zhēng)力的。
03 可以謹(jǐn)慎樂觀
我們之所以對(duì)廣汽這一電池技術(shù)保持謹(jǐn)慎樂觀，原因不止是在技術(shù)路徑上存在差異化競(jìng)爭(zhēng)窗口期，還在于它的相應(yīng)自主核心技術(shù)確實(shí)擁有一定的技術(shù)優(yōu)越性。
根據(jù)檢索可知，廣汽這一系列電池技術(shù)，研發(fā)已經(jīng)鋪陳4年以上。這從其相關(guān)發(fā)明專利申請(qǐng)時(shí)間可以回推——其核心專利申請(qǐng)至少可以追溯至2018年11月。
更重要的是，通過對(duì)其相關(guān)核心專利的觀察可知，廣汽這項(xiàng)電池技術(shù)并不是憑空出現(xiàn)，本身也是因循電池技術(shù)發(fā)展規(guī)律而來——主要的技術(shù)進(jìn)步并不在于石墨烯或納米硅等材料的引入，而是其“一核兩殼”技術(shù)工藝。
所謂“一核兩殼”工藝，具體來說是指其硅基復(fù)合負(fù)極材料結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)核、第一殼層和第二殼層：
內(nèi)核包括硅碳復(fù)合材料(滿足高克容量及高功率密度鋰離子電池);
第一殼層包括無定形碳層(用于提升導(dǎo)電性，約束內(nèi)核的體積膨脹改善嵌鋰的均勻性);
第二殼層包括導(dǎo)電聚合物層(石墨烯所在之處，具有較好的韌性，充放電過程中避免無定形碳層開裂的現(xiàn)象，有利于形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜，進(jìn)而提升材料的循環(huán)穩(wěn)定性)。
實(shí)際上，目前阻礙硅系負(fù)極材料大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的核心技術(shù)難點(diǎn)，就在于當(dāng)負(fù)極添加的硅系活性材料較多時(shí)，通常會(huì)因?yàn)榧s束性不夠?qū)е麦w積膨脹、碳層開裂，不足以形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)膜，使得電池經(jīng)過超200次放電后性能迅速衰減至初始的70%以下。
而廣汽這項(xiàng)“一核兩殼”工藝，則在一定幅度上針對(duì)性的有效處置了這個(gè)問題(見下圖)。
圖4：廣汽的“一核兩殼”式硅基負(fù)極結(jié)構(gòu)，可以有效對(duì)抗電池衰減。來源：專利文件
故而，至少?gòu)倪@項(xiàng)技術(shù)所測(cè)試并顯示出的紙面技術(shù)指標(biāo)上，我們可以對(duì)廣汽“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”保持謹(jǐn)慎樂觀。
04 廣汽急什么?
本文最后，我們?cè)賮硗茰y(cè)下，作為一家國(guó)企性質(zhì)的整車公司，廣汽為何會(huì)如此著急且高調(diào)地要在2021年元月，發(fā)布一項(xiàng)距離量產(chǎn)仍有較長(zhǎng)時(shí)間(據(jù)官方稱最晚將于今年四季度量產(chǎn))的動(dòng)力電池技術(shù)?
原因很可能來自競(jìng)品以及股價(jià)的壓力：
實(shí)際上，上汽聯(lián)合阿里此前發(fā)布得智己品牌汽車，同樣號(hào)稱將可實(shí)現(xiàn)1000公里NEDC續(xù)航。根據(jù)推測(cè)，該汽車電池涉及的技術(shù)路線同樣是“硅基負(fù)極鋰電池”。
廣汽此番發(fā)聲，很像是一種“主權(quán)示威”——我們的技術(shù)是基于自主研發(fā)的核心專利，競(jìng)品們或只能依賴寧德時(shí)代這樣的電池廠商(當(dāng)然，廣汽的電池配套廠也是和寧德時(shí)代聯(lián)合成立運(yùn)營(yíng)的)。
依據(jù)常識(shí)來說，相比于新勢(shì)力們的造勢(shì)，體制本身也決定了廣汽集團(tuán)不會(huì)也不敢完全脫離實(shí)際地向外界制造噱頭。所以對(duì)于廣汽此番的高調(diào)，我們相信背后還是有充分的現(xiàn)實(shí)準(zhǔn)備的——而這，某種意義上也是我們對(duì)其“摻雜石墨烯的硅基負(fù)極鋰電池”保持謹(jǐn)慎樂觀的理由之一。
只不過無論如何，通過以上的揭示，我們可以基本確認(rèn)廣汽上周五對(duì)外發(fā)布的文案中關(guān)于“石墨烯電池”的說法確實(shí)是較為不準(zhǔn)確的，存在誤導(dǎo)市場(chǎng)之嫌。這也很大程度反映出當(dāng)前電動(dòng)車市場(chǎng)領(lǐng)域“虛火過剩”，很值得投資者警惕。
