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张敬君:石墨烯不会颠覆动力电池

导读: 博世是全球最大的汽车行业独立零件供应商之一,对于汽车领域的重大变革自有其专注点和布局,石墨烯会否颠覆动力电池,动力电池材料的研发重点是什么?

  博世是全球最大的汽车行业独立零件供应商之一,对于汽车领域的重大变革自有其专注点和布局,石墨烯会否颠覆动力电池,动力电池材料的研发重点是什么。为此,记者采访了博世中国的动力电池材料研发部门的负责人张敬君博士。

  上海经济评论:动力电池有很多类型,你看好哪一种电池?

  张敬君:博世看好新能源电池,但现在不生产电池。我们的策略是做研发,找到新一代的材料,找到能量密度能翻倍的材料,这样就有希望走到前面。我们不做磷酸铁锂电池,也不做三元电池,虽然我们看好三元电池,但还不是我们要的电池,我们要做高能量的新材料,目前在找到高能量材料和硅材料方面是有一定进展。石墨烯不是我们的侧重点。我们有更久远的计划,如布局锂硫电池。博世希望在2020年有自己的产品。这在我们内部是重要的全球项目,由德国、美国、中国三地一起做的。

  上海经济评论:电池材料的研究热点是什么?

  张敬君:锂电池负极材料的研究热点是硅材料如何替代石墨,这样可以获得很高的容量,理论上是现在电池容量的10倍左右,但目前实际上只有2倍左右,而且大部分和硅石墨在一起混用。目前是磷酸铁锂包裹在石墨里,石墨如何包得少,还能增大容量密度,还有三元材料的配比也是正在努力的热点。三元材料电池的努力方向是降低钴的含量,因为钴很贵。现在已经有很大的进展,刚开始锂、钴、镍三者之比为1:1:1,后来这个比例是5:2:3,到现在做得最好的8:1:1。正极材料的研究,还有是把石墨烯当成集流体的涂层,涂在铝箔上涂石墨烯,增加导电率,充电很快,功率高。至于有人提出要替代铜铝做集流体,但这要求材料要有延展性,而石墨烯没有这个性能,所以替代这两个材料不太可能。

  上海经济评论:电池中应用石墨烯能在电池技术里起到颠覆作用吗?

  张敬君:用石墨烯包纳米硅,或者用石墨烯涂纳米硅。即便石墨烯技术成熟了,对现有的电池技术也不会有颠覆性的冲击,新材料的研究比较慢,不像电子产品那样更新换代很快,有一定的周期,石墨烯会有一些应用,但离颠覆还有很大距离。因为有一些缺陷是结构性的,目前是只能加快充电。但是现在动力电池最大的问题还是太重、太大、太贵,充电石墨烯在这方面的帮助不大,它本身不储存电。而石墨烯在电池里更多的应用是作为导电添加剂,用量非常少,可以让充电的倍率提高。有设想把石墨烯包到正极材料,这是很困难的,一旦高温会发生反应。这个设想从学术上可以,但从工业上不看好。目前,石墨烯对电池的贡献不足,只能用作导电添加剂,原来导电添加剂需要电池总重量的2%左右,现在只需要0.5%的石墨就可以了,而且充电速率也更快。目前石墨烯的生产可以降到很低的价格,作为导电添加剂是可以接受的。

  上海经济评论:石墨烯目前在电池中较为可行的应用是什么?

  张敬君:石墨烯在电池里的应用,目前只是作为添加剂,如果想把复合材料包起来,实验室可以做到,但产业化不容易。此外,石墨烯本身制造不容易,包到材料上也不容易。工艺过程对石墨烯会有破坏,石墨烯是纳米材料,如何把它分散到材料是难点,石墨烯的表面积大,上面有活性基团,它会和锂发生反应,而且反应基本是不可逆的,会消耗一定的锂。因此制成电池后,可以充入很多电,但是电放不出来。也可能是第一次用可以,第二次充放就不好用了。

  上海经济评论:博世在电池材料方面的侧重点是什么?

  张敬君:锂电池现在卖得较好的电池都是三元材料做的,比亚迪是自产自用,它的车卖得比较好,所以它们的电池不成问题,但是磷酸铁锂的提升空间是不大。硅材料有很多文章可以做,硅是电池材料的热点,硅和石墨烯整合到一起,已经有人做到中试的程度了,我们也有一些样品出来了。这是巧妙利用了硅和石墨烯的性质,硅导电率不高,石墨烯导电率高,但石墨烯不存锂电子,而硅可以存锂离子。所以用石墨烯包纳米硅,或者纳米硅镀到石墨烯的片上,二者互补获得较好的性能,但是这个负极材料目前也有很多问题要解决,它的体积在充电后会膨胀,造成安全隐患。硅和石墨烯的混合技术,应该是一个缓慢过程,不可能一下提高很多。

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