近日，華為技術(shù)有限公司(下稱華為)宣布，其研發(fā)的全球首個(gè)超級(jí)石墨烯基電池即將上市。據(jù)悉，該技術(shù)的問(wèn)世，是鋰電子電池技術(shù)的一項(xiàng)重大突破。另有消息稱，華為將在2016年12月底推出該技術(shù)的超級(jí)快充手機(jī)，屆時(shí)石墨烯商用時(shí)代將正式開(kāi)啟。

一段時(shí)間以來(lái)，這則“華為開(kāi)啟石墨烯商用時(shí)代”的消息刷爆了朋友圈，石墨烯電池真的要來(lái)了嗎?對(duì)此，筆者通過(guò)檢索華為提交的石墨烯相關(guān)專利申請(qǐng)，結(jié)合鋰電池發(fā)展方向和近年來(lái)石墨烯電池的應(yīng)用范圍來(lái)分析一二。

技術(shù)性能有待完善

近年來(lái)，石墨烯作為一種高價(jià)值的產(chǎn)業(yè)資源被世界各國(guó)高度重視，然而究竟什么是石墨烯呢?據(jù)了解，石墨烯是一種由碳原子緊密堆積構(gòu)成的二維晶體，在目前已知的二維材料里，單層石墨烯具有強(qiáng)度高、韌性好、重量輕、透光率高、導(dǎo)電性佳、具有優(yōu)異的室溫導(dǎo)熱和透光性等特點(diǎn)，可以說(shuō)是新時(shí)代的“超級(jí)材料”。截至目前，業(yè)界對(duì)石墨烯電池并沒(méi)有給出準(zhǔn)確定義。據(jù)筆者了解，近日華為對(duì)外公布即將推出的石墨烯基鋰電池，性能主要集中在鋰離子的活動(dòng)上，石墨烯基鋰電池可以看作是添加了石墨烯材料來(lái)提高鋰電池的電化學(xué)性能。石墨烯在鋰電池中常見(jiàn)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)用作散熱材料，主要是導(dǎo)熱填料，或用于散熱需求的石墨烯薄膜;(2)用于正極制備，主要用作導(dǎo)電劑添加到正極中，以提高倍率和循環(huán)性能;(3)用于負(fù)極材料，利用石墨烯片層的柔韌性來(lái)緩沖其他材料體積膨脹，以及利用石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)電性能來(lái)提高充放電速度。

根據(jù)相關(guān)信息顯示，此次華為推出的石墨烯鋰電池技術(shù)的重大突破主要包括：在電解液中加入特殊添加劑，去除痕量水、避免電解液高溫分解;在電池正極中選用改性的大單晶三元材料，從而提高熱穩(wěn)定性;采用新型材料石墨烯，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池與環(huán)境間的高效散熱。據(jù)筆者了解，因?yàn)殇囯姵嘏c環(huán)境間的60度以上的高效散熱不適用于人們使用的手機(jī)或筆記本，這項(xiàng)技術(shù)并不能用于常用便攜設(shè)備，更多反映的是華為的基站和工程設(shè)備的實(shí)際需求。

現(xiàn)實(shí)應(yīng)用尚存距離

筆者通過(guò)檢索中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)了解到，華為從2012年開(kāi)始就在我國(guó)提交涉及石墨烯技術(shù)的專利申請(qǐng)，截至2016年12月，共提交17件專利申請(qǐng)。從技術(shù)分布上來(lái)看，相關(guān)技術(shù)主要集中在鋰電池正、負(fù)極應(yīng)用，電池散熱，石墨烯材料制備，太陽(yáng)能電池光學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域，但每一分支技術(shù)尤其是散熱和鋰電池負(fù)極制備方面的專利申請(qǐng)數(shù)量很少。

通過(guò)專利檢索，筆者進(jìn)一步分析了該電池散熱方面的相關(guān)技術(shù)。目前，華為在散熱方面的專利申請(qǐng)僅有3件，分別涉及散熱填料粉末和石墨烯薄膜等，并沒(méi)有針對(duì)用于鋰電池的散熱應(yīng)用，據(jù)此判斷，華為抗高溫石墨烯鋰電池成為現(xiàn)實(shí)可能還需要一段時(shí)日。

此外，筆者還全面分析了鋰電池負(fù)極制備領(lǐng)域的一種鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備方法和鋰離子電池的申請(qǐng)(公開(kāi)號(hào)為CN103887506A)，該專利申請(qǐng)主要涉及硅基負(fù)極電池，采用氧化石墨烯材料僅作為包覆的碳素材料使用。同時(shí)筆者還檢索分析了一種鋰離子二次電池負(fù)極活性材料及其制備方法(公開(kāi)號(hào)為CN104253269A)，該技術(shù)涉及涂敷石墨烯和均勻分散在石墨烯上的納米顆粒，可有效提高電池的導(dǎo)電性能。但是相關(guān)的石墨烯分散工藝，與其他顆粒的混和以及用于鋰電池時(shí)防止對(duì)電解液改性影響方面，都沒(méi)有較強(qiáng)的技術(shù)支撐，其能否進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還待驗(yàn)證。石墨烯可歸為碳類，硅做為熱點(diǎn)非碳負(fù)極材料，在理論容量上接近石墨烯的5倍，并具有低成本，制備工藝簡(jiǎn)化穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。筆者通過(guò)檢索德溫特?cái)?shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)，硅基負(fù)極制備及其電池技術(shù)支撐的專利申請(qǐng)量遠(yuǎn)超過(guò)石墨烯負(fù)極電池，也就是說(shuō)現(xiàn)階段硅基負(fù)極電池技術(shù)更貼近產(chǎn)業(yè)化要求，而且各大電池廠商和研發(fā)機(jī)構(gòu)也更傾向于硅基負(fù)極的研發(fā)和應(yīng)用。然而考慮到石墨烯制備成本，僅依靠石墨烯材料的導(dǎo)電性能實(shí)現(xiàn)快速充電性能必將帶來(lái)成本的大幅提升，如果在無(wú)法顯著擴(kuò)充鋰電池容量，提高續(xù)航能力的情況下，僅追求快速充電而采用這樣昂貴且不夠穩(wěn)定的技術(shù)，在現(xiàn)階段并不被行業(yè)生產(chǎn)者看好。

綜上，筆者認(rèn)為，從目前來(lái)看，石墨烯電池要想在應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，還有待技術(shù)的進(jìn)一步完善。