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作者：九監 

來源：錦緞

上週五（1月15日）尾盤，廣汽集團(SH:601238/HK:02238)“石墨烯電池”9月量產的消息引爆市場。當天，A/H兩地市場的廣汽，A股漲停收盤，港股則收漲19.5%，成交額分別達到10億和37億元。

不過市場裏瀰漫的樂觀情緒甚至未持續過24小時。隔天舉行的中國電動車百人會論壇上，歐陽明高院士的一番話，迅速為市場的熱忱澆下一盆冷水，他説：“如果某一位説，（這個車）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，因為是不可能的。”

圖1：受“石墨烯電池”消息促動，廣汽股價單日暴漲。來源：百度

“充電8分鐘續航1000公里”，“續航1000公里”，廣汽集團放出的這顆“電池衞星”究竟是怎麼回事？

隨着更多業內人加入討論、官方的進一步解釋以及我們在技術維度的研判，目前已大致確認3件事：

1. 廣汽所謂“石墨烯電池”説法並不準確，但並非不切實際；

2. 該石墨烯電池主要涉及一項電池負極技術：以石墨烯作為導電添加劑的“硅基複合負極材料技術”。其中，石墨烯作為負極材料中導電添加劑的摻入（最多不超過8%），可以提升電池的高倍率充電性能，即輔助實現所謂的“充電8分鐘續航1000公里”；基於“一核雙殼”結構工藝的“硅基鋰離子負極”，則可以提升電池循環穩定性、結構密度與放電倍率性，即實現所謂的“續航1000公里”。

3. 該電池同時涉及一項快充技術：在以石墨烯為三元鋰電池正極材料導電劑基礎上，通過一套降温冷卻系統，而實現6C快充能力，即一種“充電8分鐘續航1000公里”技術。

基於這樣的基本事實，我們的結論是：廣汽所稱的“石墨烯電池”正確的命名應為“摻雜石墨烯的硅基負極鋰電池”。這項電池技術並非新技術，但在工藝上有較大突破。該電池所標榜的性能參數，雖然有水分，但也有較大的實現可能性。

01

一顆舊衞星

實際上，長期追蹤石墨烯技術的人士都知道，廣汽這幾天放出的“石墨烯電池”衞星，本身就是一顆“舊衞星”。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稱已與該國科爾瓦多大學，聯合研發出了全球首件石墨烯聚合材料電池。

在對外推介這件石墨烯電池時，Graphenano使用的參數話術就包括：

◆能量密度超過600wh/kg（即每公斤電芯可產生0.6度電。理論上，500wh/kg可以實現1000公里的真實續航）；

◇單次續航里程可高達1000公里；

◆單次完全充電僅需8分鐘以內；

◇使用壽命是鋰電池的兩倍。

……

不過令人感到遺憾的是，Graphenano與科爾瓦多大學主導的這項實驗室技術，迄今仍未走出PPT，時間過去6年多未見落地。

本質上説，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”結構工藝實現石墨烯與硅的結合，作為新的硅基負極材料，部分替代原來完全以石墨為核心的碳基負極材料，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為“摻雜石墨烯的硅基負極鋰電池”，本質仍是鋰電池（因為使用量最大的核心正極材料未發生變化），而不是石墨烯電池。

圖2：石墨烯概念圖。來源：百度百科

02

有水分但並非不切實際

歐陽院士的一盆冷水非常及時，因為廣汽所稱的“1000公里高續航”與“10分鐘快充技術”均存在一定水分，而且受制於現實產業鏈的配套設施不健全難以短期鋪開。

但理性地説，廣汽前瞻發佈的這項“摻雜石墨烯的鋰電池”，並非不切實際，“脱水”之後仍有較強的可行性與市場空間。

【1】先説水分：“摻雜石墨烯的鋰電池”仍屬於過渡技術，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極鋰電池””中，石墨烯的作業是作用導電劑，以減小抗阻性、提升充放電的倍率性，即主要用於提升充電速度。

但對於對鋰離子電池來説，石墨烯作為導電劑附着於硅基複合負極材料中（或同樣作為導電劑附着於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）方面發揮主要作用的，是硅材料（納米硅）。也就是説，廣汽版“摻雜石墨烯的硅基負極鋰電池”中，真正的主角是以納米硅為核心的複合型（其實引入納米硅後，石墨佔比仍超過納米硅）負極材料。

真正以石墨烯為主體材料的動力電池，目前尚無法在實驗室中完全實現。故而，從截至目前的現實路徑上看，固態電池的前景（以特斯拉4680無極耳電池為代表）還是要明顯優於“摻雜石墨烯的鋰電池”，後者只屬於一種過渡技術。

一言以蔽，廣汽所稱的“石墨烯電池”，最核心突破還在於“一核兩殼”結構工藝（下文會具體説）的硅基複合型負極材料技術；但鑑於掌管鋰電池核心性能指標的還是正極材料，所以這項技術在電池性能提升方面存在顯著天花板。

【2】再説現實意義：廣汽的硅基複合型負極材料技術工藝以及電池快充技術，擁有理論數據支持，有着較為現實的應用前景與競爭力。

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極材料，是石墨類負極材料的12倍多。故而，將納米硅引入鋰電池的負極材料中，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，現有電動車的電池系統能量密度普遍為160wh/kg（比亞迪的漢EV電芯能量密度為170wh/kg，特斯拉model 3長續航版為161wh/kg），而廣汽基於硅基複合型負極材料技術的“摻雜石墨烯的鋰電池”，據説將能實現280wh/kg，即實現了57%的能量密度提升。

如果事實如此，那意味着：參照160wh/kg能量密度所對應的600公里NEDC續航，廣汽“摻雜石墨烯的鋰電池”的確可以實現1000公里NEDC續航。當然，具體到真實續航，往往還需要打上6、7折。

另外，關於這款電池的快充問題，目前有投資者質疑其是否噱頭大於實質。而來自廣汽集團方面的技術儲備則顯示，針對這個問題，它們的祕密武器是一項“包括殼體、液冷結構及設於所述殼體內的多個電芯模組”的動力電池系統實用新型專利技術。

該系統也涉及石墨烯——在正極材料中也添加石墨烯作為導電劑。該系統的核心在於基於石墨烯導電劑的“一套降温冷卻系統”，使內部温度的一致性和安全性也能得到保障，進而確保搭載該系統的車輛可在10分鐘(6C)內完成快速充電。

圖3：不同材料的電阻係數與温度係數，第一列為石墨烯。來源：百度百科

這裏簡單説下什麼是6C快充：目前對於快充並沒有一個特別嚴格的定義，一般可以理解為在小於1小時內充電的制度(即充電速率大於1C)，以區別於慢充數小時級的充電。根據早期美國加州空氣資源委員會(CARB)的規定，電動汽車快速充電時間為10min(6C)。

不過必須指出得是，快衝技術在當前的實現，不僅取決於電池本身，更取決於高功率充電樁技術的推廣。這也在很大程度上，是一個產業鏈耦合問題，對中國的充電樁行業進一步的技術升級形成挑戰與機遇。

最重要的是，廣汽這一電池技術，本身對於石墨烯的需求並不特別大，加之最近3年多基礎型石墨烯產品的售價大幅降低，所以僅就石墨烯而言，對於成本的制約並不突出。制約這項電池技術的主要成本以及難度，可能來自於電池設備及工藝。

以上，因循謹慎性原則，鑑於固態電池或許至少要在2025年才能商業化，廣汽這一“摻雜石墨烯的硅基負極鋰電池”如果能夠在一年內量產，還是很有競爭力的。

03

可以謹慎樂觀

我們之所以對廣汽這一電池技術保持謹慎樂觀，原因不止是在技術路徑上存在差異化競爭窗口期，還在於它的相應自主核心技術確實擁有一定的技術優越性。

根據檢索可知，廣汽這一系列電池技術，研發已經鋪陳4年以上。這從其相關發明專利申請時間可以回推——其核心專利申請至少可以追溯至2018年11月。

更重要的是，通過對其相關核心專利的觀察可知，廣汽這項電池技術並不是憑空出現，本身也是因循電池技術發展規律而來——主要的技術進步並不在於石墨烯或納米硅等材料的引入，而是其“一核兩殼”技術工藝。

所謂“一核兩殼”工藝，具體來説是指其硅基複合負極材料結構，包括內核、第一殼層和第二殼層：

■內核包括硅碳複合材料（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（用於提升導電性，約束內核的體積膨脹改善嵌鋰的均勻性）；

■第二殼層包括導電聚合物層（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象，有利於形成穩定的固體電解質膜，進而提升材料的循環穩定性）。

實際上，目前阻礙硅系負極材料大規模產業化應用的核心技術難點，就在於當負極添加的硅系活性材料較多時，通常會因為約束性不夠導致體積膨脹、碳層開裂，不足以形成穩定的固體電解質膜，使得電池經過超200次放電後性能迅速衰減至初始的70%以下。

而廣汽這項“一核兩殼”工藝，則在一定幅度上針對性的有效處置了這個問題（見下圖）。

圖4：廣汽的“一核兩殼”式硅基負極結構，可以有效對抗電池衰減。來源：專利文件

故而，至少從這項技術所測試並顯示出的紙面技術指標上，我們可以對廣汽“摻雜石墨烯的硅基負極鋰電池”保持謹慎樂觀。

最後特別指出，本文涉及技術方面內容較多，難免謬誤與疏漏。不足之處，敬請各位文後留言指出與討論。