石墨烯新技術有望大幅提升鋰電池容量

一天不到就用完的鋰電池是不少人在使用智能手機等電子產品時最大的煩惱。近日，在廈門大學發布的一種基于石墨烯技術的新型添加劑有望解決這一難題。

在當天舉行的“石墨烯應用技術研討會”上，美國藍石科技與輝銳科技聯合發布了這一最新合作成果。這種硅基高能負極材料添加劑可大幅度提升電池容量，且具有很高的穩定性。

鋰電池廣泛應用在手機、平板電腦、筆記本電腦、可穿戴電子設備、電動汽車等眾多產品中。正常使用下，一個2500毫安時的鋰電池往往撐不過一天，因此業界一直在努力實現電池容量的突破，但鋰電池的容量提升在目前已經遇到技術瓶頸。

研討會上，美國藍石科技首席執行官賴中平博士在其“大面積石墨烯制備及其在鋰電池負極材料應用”的報告中介紹，石墨烯優異的導電性能可以提升電極材料的電導率，進而提升鋰離子電池的充放電速度;石墨烯的二維層狀結構可以有效抑制電極材料在充放電過程中因體積變化引起的材料粉化;石墨烯還能很好地改善鋰電池的大電流充放電性能、循環穩定性和安全性。

他預計，新技術在短期內可實現鋰離子電池20%的容量提升，在3-5年內達到容量提升50%的可能性非常大。

除了在容量上的大幅度提升，賴中平說，新技術還能成倍縮短充電時間，可使電動汽車一次充電行使500公里以上，推動電動汽車盡早進入家用。

研討會由2010年諾貝爾物理學獎獲得者康斯坦丁˙諾沃肖洛夫教授主講。諾沃肖洛夫教授介紹了當前國際上最新的石墨烯應用研究進展，展望了未來石墨烯在電子信息、醫藥、光電等領域的應用前景。

藍石科技是全球最早一批專業開展石墨烯技術研究的知名企業，擁有多項石墨烯研究領域專利。輝銳科技是一家國際領先的石墨烯應用開發公司，致力于推動石墨烯在產業和現實生活中的應用。

石墨烯助力動力鋰電池 18分鐘充滿電

我們目前正在研究用以電動汽車的石墨烯電池，希望可以和重慶的相關企業合作。”來自意大利的費瑞博士介紹，意大利在納米材料石墨烯的研究上很有優勢，目前他們在將石墨烯和鋰進行組合研發電動汽車電池，現在已經能夠在18分鐘內就將電池充滿，一次充電可以跑600公里，而以前需要12個小時，下一步他們的目標是幾秒鐘。同時，意大利在制造業等領域也具有很多的優勢，希望能結合重慶的發展，和重慶的企業一起合作。

來自意大利布朗多尼閥門有限公司北京分公司的亞太地區銷售總監亞歷山大，昨日一下飛機就趕到了對接會現場。他說他們公司有50多年的歷史，2006年進入中國并投資建廠，以前想來重慶但沒有渠道，這次意大利企業組團來重慶高交會，他特地趕了過來，希望能拓展中國西南地區的市場。

100噸石墨烯生產線河北投產

或許有一天，你會把觸屏平板電腦三折兩疊塞進口袋;用幾秒鐘將手機充滿電，用上半個月不用再充;乘坐超輕型飛機，駕駛輕型汽車，甚至登上人類夢想的上萬英里的太空電梯……

所有這些美妙夢想，都來源于一種特殊材料——石墨烯。

“石墨烯是一種以石墨為原料的納米材料，它是迄今為止世界上已知材料中最輕、最薄、最硬的韌性材料，具有高導電、高強度、高導熱、高比表面積等特點。”4月2日，長期關注石墨烯發展的唐山建華實業集團總裁孟英表示，這種超凡的新材料必將在電動汽車、電子信息等多個領域帶來革命性變革，有望成為下一個萬億級的產業。

“我們率先研發出一種新的石墨烯制備方法，適用于低成本大批量規模生產。”自去年年底，建華實業在河北省投產首條年產50萬克石墨烯生產線之后，目前一條年產100噸的生產線正在緊張組裝中，將于5月底正式投產。對于這一令人期待的石墨烯量產技術新突破，孟英感到，它將為新型工業化發展帶來巨大空間。

5小時到30分鐘的顛覆

破解鋰電池充電瓶頸，掀起電動汽車領域革命

充電僅需5小時便可行駛500公里，今年年初，特拉斯在國內的上市可謂是“冬天里的一把火”，掀起電動汽車領域的一場革命。

雖然電池技術向前邁出一大步，但仍存在跑上一會兒需要停下來充5小時電的尷尬，充電時間長依然是鋰電池難以逾越的鴻溝。被視為汽車未來發展方向的電動汽車，因為無法解決這道瓶頸難題，多年來一直在推廣道路上舉步不前。

“這扇大門，將由石墨烯開啟。”和很多業內專家一樣，孟英非常看好石墨烯在能源領域的應用，公司的科研團隊正在進行石墨烯基超級電容和電池的研發。石墨烯電池一旦問世，有望將電池容量增加1.5倍，充電時間縮短至幾十分鐘。使用石墨烯基超級電容替代電池，充放電時間最短甚至可以達到幾秒鐘。

“這也就意味著，以后給電動汽車充電比加油時間還短，這將為電動汽車領域帶來一場顛覆性革命。”孟英表示，目前他們正在布局石墨烯基電容電池生產線，預計將于今年12月底正式投產。

在唐山建華實業集團生產基地，記者領略了石墨烯的“神奇”——雖然與石墨同出一源，卻與我們平時所見的鉛筆芯相差甚遠，石墨烯微片更像是棉花一樣的黑色絮狀物，它薄如蟬翼、輕若鴻毛，僅僅180克就能盛滿一個容量50升的白色塑料桶。

孟英解釋說，石墨烯電池之所以充放電速度快、儲能大，就是利用了石墨烯材料的高比表面積、高導電特性，石墨烯材料的導電性能是銅的10至100倍。傳統鋰電池如果快速充放電，必然導致電流增大，而電流過大會引起電池發熱而縮短使用壽命，甚至引發爆炸。利用石墨烯的特性將其添加到鋰電池的正負極材料中，有望解決這一弊端。

孟英解釋說，鋰電池的工作過程，就是鋰離子從正極到負極往返擺動的過程。把石墨烯添加到正極材料中，可以提高正極材料的導電能力，增加電池的放電倍率，加快電池的充放電速度。把石墨烯添加到負極材料中，則可以提高容納鋰離子的能力，增加儲電容量。

“石墨烯的轟動，是因為它創造了諸多紀錄，石墨烯一系列神秘的特殊性讓人們對它的應用充滿幻想。”孟英這樣描述，石墨烯還是世上最薄、強度最高的材料，它只有0.34納米厚，二十萬層石墨烯疊加起來的厚度大概等于一根頭發絲的直徑。它比鉆石還堅硬，強度比世界上最好的鋼材還要高上100倍。該材料幾乎完全透光，透光率在97%以上，有望被用于制造新一代高性能電子學器件。

目前，該公司近四十人的團隊正在致力于石墨烯下游產業鏈的開發及應用，同時開發的產品有十幾種。據介紹，石墨烯在電子、航天、軍工、新能源、新材料等領域有著無比廣闊的應用潛力：憑借石墨烯優良的電學性能，它將是最具潛力取代硅制作超微型晶體管的新型材料，未來計算機的運行速度有望提高10至100倍;其輕盈堅韌的特性，又是制作超輕防彈衣、超輕飛機材料的首選;利用納米技術還可以把石墨烯制成一種DNA感測器，用來探測DNA鏈的旋轉和位置結構，為基因組測序技術開辟一條新路徑;石墨烯還可以制成抗菌材料，在殺菌的同時不損傷細胞。

1克到500噸的突破

石墨片剝離出石墨烯微片，打敗產業化攔路虎

今年3月初首次到廣東與一家電池企業洽談合作，孟英僅憑一桶180克的石墨烯微片樣品，不費吹灰之力就敲開了合作的大門。看到這桶樣品，廣東方面負責人當時就“驚呆了”，沒等孟英開口介紹就主動要求開展合作。

“與實驗室以1克為計量單位相比，這一桶樣品無疑是天文數字，具備大規模生產能力是促成雙方合作的最重要因素。”孟英認為，“高質量、低成本宏量生產工藝是當前石墨烯實現產業化、進入應用領域的關鍵。”

目前，建華實業集團石墨烯年產量達到50萬克，年產100噸的石墨烯生產線也將于5月底投產，各種性能在同行產品中名列前茅。同時，該公司二期年產500噸的生產線已完成了生產工藝設計工作，正在籌劃年底前在曹妃甸開工建設。

那么，石墨怎么才能變成石墨烯?“由于石墨片層與層之間作用力較弱，我們常見的石墨烯大部分都是由石墨片剝離而成。”孟英介紹說，用膠帶黏出石墨烯的辦法顯然不適合工業化生產。目前業界主要有化學氣相沉積法、氧化還原法、熱解碳化硅法等石墨烯批量制備技術，但全球只有少數幾家企業可以進行工業化生產。

從2009年開始知道石墨烯至今，孟英一直在試圖找出已有制備技術不能量產的原因。經過幾年研究，他的團隊在氧化還原法的基礎上獨辟蹊徑，對已有制備技術進行了變革，設計了具有自主知識產權的生產工藝和裝備，使大規模生產成為現實。

他拿來一摞A4紙邊打比方邊介紹說：“石墨塊就像這摞紙一樣具有層狀結構，經過以前的處理方法，能將紙與紙之間的距離拉大，但每張紙還會與上下層的紙緊挨在一起，難以從一摞紙中剝離開。這樣有的幾張挨在一起，有的十幾張挨在一起，形成5層以下微片的幾率很小。”

找到了根源，問題便迎刃而解。“關鍵就是讓每一張紙從紙摞中均勻分散開。”孟英打比方說，如果原來是用小刀切的方式，那么新的工藝更像是在每一張紙之間安放了“炸藥”，所有“炸藥”會在同一時間共同發揮作用，這樣一摞紙就會均勻炸成一張張分散的紙片。

“炸開后的紙片如果挨得太近，還會重新團聚在一起，這樣就會前功盡棄。”孟英介紹說，這個難題可以通過化學和物理方法解決，讓每一張小紙片失去團聚性能，成為一個個獨立的個體，即使挨得再近也無法重新團聚起來。

對此，孟英感觸良深：“聽起來道理似乎很簡單，為了實現產量從1克到500噸的突破，五年時間里我們光制備工藝就更新了八代。想要達到更好的分層效果，每一步工藝路線涉及的材料選定和設備定型都會像神農嘗百草一樣試驗成百上千次。”

800元到25元的縮減

從黃金價降到白菜價，依然保有黃金品質

“我們要做的就是努力使石墨烯從黃金價降到白菜價，但依然保有黃金的品質。”孟英表示，只有將生產成本降低，才能使石墨烯更廣泛地應用到各個領域中，否則石墨烯將無法實現產業化應用。“比如石墨烯電池效果確實很好，但如果價格是鋰電池的幾十倍，即便性能再優異又有誰會去選擇購買?”

“5月底年產100噸生產線建成以后，我們生產的石墨烯微片成本將降到1克25元錢，遠遠低于每克800元的市場價。”孟英認為，成本的大幅降低，將會使石墨烯具備參與市場競爭的成本優勢。

石墨烯的成本怎樣才能降低?“降低成本主要通過技術改進來實現。”孟英介紹說，想要達到上百噸的年產量，只要一條生產線就能實現，而按照原來的技術光設備就要幾萬臺，僅這一項就要投入幾十億資金，設備折舊、人員工資等費用則更不用說。此外，用幾百塊錢的原料替代上萬塊錢的，原料篩選也為降低成本發揮著重要作用，

他以特斯拉電動汽車使用的18650電池為例介紹說，以每克石墨烯25元計算，每塊電池需要1.2克左右石墨烯，費用為30元錢，這和普通鋰電池價格相差不是太大。但石墨烯電池的壽命為1萬次，是傳統電池的10倍，10塊傳統電池才能抵1塊石墨烯電池的使用壽命，照此計算石墨烯電池的價格反而更低。

“25元錢還遠未達到成本極限，隨著研發深度的增加以及制備工藝的改進，成本將越來越低，我們的目標是1克幾元錢甚至更低。”孟英對此有著清醒的認識，石墨烯價格越低需求量就越大，需求量的加大還會促進產業規模的擴大，這是一個良性循環。

“降低成本的同時，還要保證石墨烯的品質，這樣石墨烯材料才會更有價值。”孟英解釋說，比表面積大小是評價石墨烯產品質量好壞的重要標準，石墨烯比表面積越大，單層率越高，品質越好。

石墨烯品質的不穩定，還會影響到下游產業鏈產品的性能穩定。孟英舉例說，“比如不同批次石墨烯比表面積相差較大，如果制作成石墨烯電池，那么有的容量是普通鋰電池的1.1倍，有的是1.3倍，還有的甚至更多，在應用時就會影響電動汽車性能。”

“通過我們的技術生產的石墨烯初級產品，比表面積穩定在每克550平方米左右，中試結果最高時可達到1000平方米左右。”據孟英介紹，通過控制原料品質和生產工藝，該公司生產的石墨烯層數穩定保持在5層以下。

金路集團：正在質變的石墨烯龍頭

雖然實際控制人發生了重大變化，但金路集團卻得到了市場的追捧。短短兩個月時間，金路集團已經從最低點上漲了近5成。

金路集團股價的上漲與其正在進行的技術投資不無關系。

早在2013年12月中下旬，《超快長循環壽命鋰硫電池：基于石墨烯的三明治結構》的論文在中科院各地或全國材料類網站上被廣泛轉載。

據悉，中科院金屬研究所沈陽材料科學國家(聯合)實驗室的成會明課題組論文《超快長循環壽命鋰硫電池：基于石墨烯的三明治結構》發表，該論文主要講的是高容量、長循環壽命、低成本及環境友好的新型石墨烯鋰硫(Li-S)電池的研發。這一研發取得鋰電池技術的革命性突破。

受益于技術革命

該項科研成果取得突破的主要有四點：

一是該電池理論比能量為2567 Wh/kg，目前常用鋰電池能量密度約140Wh/kg，因此新型鋰硫電池的儲電能力是目前鋰電池的18倍以上。相當于將比亞迪E6電動汽車700kg電池，縮小約95%或只需要35kg以下。

二是該電池一次充電多在6分鐘以內可以完成。

三是其循環次數及電池壽命高于目前鋰電池百倍，電池壽命超過30年。

四是使用該電池的電動汽車使用成本，約相當于燃油汽車的20%。

毋庸置疑，中科院金屬研究所研發的該項目與金路集團高度相關。

2014年3月12日晚，金路集團發布公告稱，公司與金屬所前期的合作，主要包括石墨烯散熱材料、石墨烯功能涂層、石墨烯復合材料的制備技術與應用技術研發，石墨烯材料在電池中的應用技術研發，石墨烯三維網絡材料應用技術研發等;2014年年度研發計劃包括：石墨烯在鋰離子電池、鋰硫電池、導電油墨以及防腐涂層中的應用研發。

很多投資者對這個事件沒有判斷，對如何定性分析這個事件沒有概念。為此，筆者將對這個事件的發生進行獨立的定性分析。

筆者做投資21年，對金路集團還是比較熟悉的。但是說實話，前20年我基本沒有關注過這只股票。近期也只是因為中科院金屬所有這項科研究成果才引起了筆者關注和仔細研究，深度研究則讓筆者越發感覺金路集團或將成為典型的質變股。

電池原材料的供應商

要對金路集團的質變進行定性分析，首先要對中科院金屬所的科研成果進行定性分析，然后再對金路集團和中科院金屬所鋰硫電池科研成果的關系進行分析。只有當這些東西都搞清楚了之后，我們才能明白金路集團到底該如何定位。

首先，中科院金屬所鋰硫電池科研成果技術突破的定性分析。

中科院金屬所鋰硫電池科研成果所取得的技術突破，可以說是革命性的。四項突破中，最具有價值的是充電時間縮短到6分鐘以內。因為充電時間才是制約新能源汽車能否廣泛應用的關鍵。大家試著想一想，如果一輛汽車充電需要幾個小時，哪怕是一兩個小時，假設我們國家每年的新能源汽車銷售量達到500萬輛以上，保有量超過3000萬輛或5000萬輛，那會出現一個什么情況呢?到處都是充電站或充電樁，因為充電時間長，每個司機都恨不得在自家停車位處建一個充電樁。而按照我們國家對用電的管理政策和手段，根本就達不到這點。正因為不可能讓滿大街的汽車都停在那里充電，因此，制約新能源汽車大規模推廣的因素，首要的就在于充電時間。當充電時間降到6分鐘以內時，新能源汽車就可以大規模推廣了。

至于電池重量大幅度下降、使用壽命超過30年、降低運行成本等，這些成果也很重要，但它們只是經濟因素，而不是革命性的技術突破。

這個判斷做出以后，我們相信鋰電池的革命由于此項技術即將在中國誕生，新能源汽車大規模推廣的革命性的電池技術即將出現。

其次，金路集團和中科院金屬所鋰硫電池科研成果的關系也值得深思。

金路集團3月12日的公告表明，中科院的這項革命性技術，并不是金路集團和中科院金屬所共有，而是中科院金屬所自己獨有。但是金路集團與金屬所前期的合作，簡單地說，即石墨烯材料在電池及電池以外的應用科研成果，金路集團擁有50%的股權比例。此外，2014年，金路集團和中科院金屬所將會合作研發石墨烯在鋰離子電池、鋰硫電池、導電油墨以及防腐涂層中的應用事項，這些成果金路集團擁有50%的股權。

換句話說，中科院革命性鋰硫電池中使用的相關石墨烯材料等，只要是雙方合作研究成果的，肯定使用金路集團與中科院金屬所共同研制的材料;兩家研究成果所制成的其他產品，還可以使用到鋰硫電池以外的領域，或者賣給社會上其他需求者。這些共同的收益，金路集團占到50%。

石墨烯先行者

最后需要考慮的問題是，一項技術的突破能否讓金路集團成為質變型的公司?

金路集團3月12日晚的公告，具體講清楚了公司與中科院金屬所革命性鋰電池的關系，以及他們在鋰電池、鋰硫電池等材料方面的合作關系。這個公告，可以讓市場給金路集團做出正確的定性。就是說，如果金路集團擁有中科院金屬所鋰硫電池革命性技術50%的所有權，那么金路集團的定位應該是鋰電池股;如果沒有這個所有權，那么它的定位應該是石墨烯龍頭股。

從目前來看，可以判斷金路集團至少將有望成為石墨烯板塊的龍頭公司。

因為這個公告改變不了如下事實：

第一， 改變不了中科院金屬所鋰硫電池研發的革命性技術突破的事實。

第二，讓市場更加看清楚了，在中科院金屬所制備鋰硫電池過程中，包括石墨烯在內的一些材料，只要雙方合作中有的，中科院金屬所肯定使用雙方合作的材料。

因此，我們對金路集團的定性為，以后至少是中科院金屬所革命性的鋰硫電池生產材料提供商。金路集團因為和中科院金屬所的合作，背靠中科院金屬所的革命性技術，未來將轉型成為石墨烯行業龍頭。

同時，我們認為，中科院金屬所未來進行鋰硫電池中試和產業化推進過程中，金路集團因為前期的合作項目，極容易成為第二大股東，參股該項目。

最后需要說兩點的是，中科院金屬所的鋰硫電池，還只是在實驗室里制備出來的樣品，離中試、產業化還有一段漫長的路程要走。這個必須要注意。還有，金路集團對投資者的回答如下：“鋰硫電池為金屬所前期獨立研發的成果;后續雙方在石墨烯材料及其應用技術與產業化技術研發方面的合作，包含石墨烯材料在電池中的應用技術研發;在后續合作期間產生的所有與石墨烯相關的知識產權和技術成果歸雙方共有;如果后續合作期間開發的技術由于金屬所前期已申請專利而不能申請專利，金屬所承諾其前期申請的與此相關的專利和技術成果歸雙方共有。”這最后的承諾，給了市場更多的想象空間。