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三星开发石墨烯技术 当前电池材料就要被取代了?

2017-11-29 17:40:12 来源:半导体器件应用网 作者:黄扬芳

【大比特导读】11月28日,三星研发出石墨烯电池的新闻在各大科技平台刷爆了。消息一出,业界人士纷纷发表见解,有人将其视为锂电池的替代品,有人认为,这并不是全新的“石墨烯”电池,而是一种采用石墨烯处理的电池材料。那么,三星此次突破的这项技术是否会带动石墨烯市场的发展?当前使用的锂电池会被取代吗?

11月28日,三星研发出石墨烯电池的新闻在各大科技平台刷爆了。消息一出,业界人士纷纷发表见解,有人将其视为锂电池的替代品,有人认为,这并不是全新的“石墨烯”电池,而是一种采用石墨烯处理的电池材料。那么,三星此次突破的这项技术是否会带动石墨烯市场的发展?当前使用的锂电池会被取代吗?

三星官网消息

巨大产业链或就此衍生

11月27日,三星电子在官网宣布已开发出石墨烯电池技术,电池容量比目前市面上的高出45%,并且能够把充电速度提升到现有标准的5倍,完成充电仅需12分钟。

事实上,关于石墨烯电池的新闻已经是屡见不鲜了。早在2011年,美国西北大学的研究人员就以石墨烯和硅为原料制造电池,声称“电池用上一周,每次充电只需15分钟”。无独有偶,华为曾在2015年宣布与曼彻斯特大学合作研究石墨烯的应用,开发ICT领域的下一代高性能技术,并称将研究如何将石墨烯领域的成果应用于消费电子产品和移动通信设备。2016年更是宣称研究出了业界首个高温长寿命石墨烯助力的锂离子电池。

三星电子

那么,三星为何要研发“石墨烯球”技术呢?

一方面,在三星爆炸事件中,部分手机自燃是由于锂电池发生故障,这使得公司损失超过50亿美元。因此,自2016年Galaxy Note 7多次出现电池自燃甚至爆炸事故后,三星就加大了对电池技术的研究。

另一方面是各界巨头开始布局,除了特斯拉、谷歌、苹果、华为、三星、富士康等,埃克森美孚、中国石化、中国石油、壳牌等传统的能源巨头和化学产业巨头也在大力投入,甚至许多国内外科研院所也参与其中。这种情况下,一旦在新电池技术上取得突破,无论以后是应用在自家产品还是通过专利授权的方式,必定能赚得盆满钵满,迅速成为绝对的巨头。

对此,业内人士认为,在三星的带动下,基于石墨烯技术的新电池有望实现产业化,进而带来电池产业变革,促使智能手机和新能源汽车等产业的革新,这也将推动石墨烯市场的发展。

石墨烯将取代当前电池材料?

ZDNet报道称,自1991年首次商业化以来,锂电池一直是电子设备的标配。然而现在许多人认为该技术已经达到极限,正在寻找新的电池替代品。石墨烯正是在此时应运而生。

实验结果显示,石墨烯助力的高温锂离子电池的温升比普通锂离子电池降低5℃;60°C高温循环2000次,容量保持率仍超过70%;60℃高温存储200天,容量损失小于13%。那么,这是否意味着石墨烯将取代当前的电池材料?

从技术对比上看,锂电常用的导电剂有导电炭黑、乙炔黑、科琴黑,Super P等,当前也有厂商在动力电池上开始使用碳纤维(VGCF)和碳纳米管(CNT)。尽管石墨烯具有很高的导电性和耐用性,但从目前积累的测试数据看,VGCF、CNT以及石墨烯在倍率性能方面都比Super P都有一定提高。不过,这三者之间在电化学性能提升程度上的差异很小,石墨烯并未显示出明显的优势。

石墨烯将取代当前电池材料?

从成本上看,目前石墨烯的生产成本极其昂贵,而市场上所谓的廉价“石墨烯”产品基本上是氧化石墨烯。即便是氧化石墨烯成本也高于CNT,而CNT的成本又比VGCF高。可见,石墨烯在用作导电添加剂方面,目前跟CNT和VGCF在性价比方面并没有优势可言。

从生产工艺上看,相比于普通的干法复合工艺,复合石墨烯并没有明显改善材料的电化学性能,反而由于石墨烯的分散性以及相容性问题而增加了工艺的复杂性而影响到批次稳定性。

从安全性上看,石墨烯表面丰富的官能团就是石墨烯表面的小伤口,添加过多不仅会降低电池能量密度,而且会增加电解液吸液量,甚至还会增加与电解液的副反应而影响循环性,有可能带来安全性问题。

日前,美国Graphene-info这个较权威的石墨烯网站也表示,“石墨烯电池”的定义是在电极材料中添加了石墨烯材料的电池。不过如果综合考量材料成本、生产工艺、加工性和电化学性能,石墨烯或者石墨烯复合材料实际用于锂电负极的可能性很小产业化前景渺茫。

同时,有业内人士表示,以iPhone手机电池为例,其电池容量的提升主要是由于LCO工作电压提升的结果,将上限充电电压从4.2V提升到iPhone 6上的4.35V,使得LCO的容量从145 mAh/g逐步提高到160-170mAh/g,这些提高都跟石墨烯无关。

换句话说,充电是快了,但容量还是个问题。

石墨烯电池迎机遇 国内九大领先企业抢先看

近年来,石墨烯产业化步伐不断加快。今年11月,中英更是开展石墨烯标准化合作,双方将共同研讨制定石墨烯产业化的相关标准,并将标准推向国际市场。预计到2020年,全球石墨烯形成完整产业链,市场规模将达1000亿元,其中,中国占比达50%至80%。

这其中,石墨烯电池就成为行业关注的焦点。虽然在锂电领域前景未明,但是有不少上市公司争相布局。据不完全统计,包括东旭光电、宝泰隆、佛塑科技、珈伟股份、杉杉股份、道氏技术、凯纳股份、南都电源、康得新等均在布局锂电池材料领域的石墨烯电池。

 国内九大领先企业抢先看
 

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