揭曉電動汽車1000km續(xù)航之謎

近日，“續(xù)航1000km、8分鐘快充”的噱頭將廣汽埃安即將發(fā)布的石墨烯電池推向了風(fēng)口浪尖，與同樣聲稱續(xù)航可達(dá)1000km的蔚來固態(tài)電池針鋒相對，一時間，十幾年不曾質(zhì)變的鋰電技術(shù)似乎迎來飛躍。

樂觀的情緒沒有持續(xù)太久，在剛剛結(jié)束的第七屆中國電動汽車百人會論壇上，動力電池領(lǐng)域權(quán)威、中科院院士歐陽明高表示，“如果某一位說，（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。”

“權(quán)威專家質(zhì)疑企業(yè)技術(shù)成果”的話術(shù)被眾多媒體爭相報道，但實際上真正的矛盾點在于自媒體的錯誤理解，專家與企業(yè)的觀點并無沖突。

在電池領(lǐng)域，有一個基本常識，電池的能量密度、功率密度、循環(huán)特性、安全性和成本是一個強調(diào)平衡的蹺蹺板，單純地渲染某一特性并不妥。如果只是為了1000公里續(xù)航，很多年前就可以單純的通過堆砌電池來實現(xiàn)，但隨之而來的熱管理壓力、成本壓力和空間布置壓力，都是電動汽車難以承受的。

歐陽明高的觀點，主要在于提醒消費者：當(dāng)前技術(shù)無法在滿足長續(xù)航的同時，兼顧安全和成本。而無論是蔚來還是廣汽所謂的1000km續(xù)航，都是在極大的成本犧牲上做到的，這與歐陽明高的判斷完全一致。

在大多數(shù)自媒體作出錯誤解讀后，廣汽埃安發(fā)布公告解釋，“石墨烯基超級快充電池與長續(xù)航硅負(fù)極電池是兩種不同的電池技術(shù)，預(yù)計于本年內(nèi)分別搭載在廣汽埃安現(xiàn)有AION V和AION LX車型上，其中1000km續(xù)航電池由于成本因素，市場存不確定性?！?/p>

突然即將量產(chǎn)的“1000km續(xù)航、8分鐘快充”晃花了消費者的眼睛，但實際上電池從來就沒有突如其來的革新，正如中國科學(xué)院物理研究所李泓博士向出行一客表示的，“電池是一個復(fù)雜體系，一個新材料的商業(yè)化，必須是所有配套材料同步革新，這本身就是一個長周期過長；而產(chǎn)品開發(fā)后，還有小試、中試、量產(chǎn)等階段，期間不斷修正也需要時間。因此，電池技術(shù)革新往往較慢?！?/p>

掀開“概念”的面紗，會發(fā)現(xiàn)電池技術(shù)革新的故事，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有想象中精彩。

石墨烯電池：炒作意義大于實際價值

廣汽電池突然出圈式傳播，除了1000km續(xù)航，8分鐘快充的噱頭外，很大程度上還依賴于石墨烯電池的神秘感。

石墨烯自2004年問世以來就成為“神奇材料”的代名詞，肩負(fù)著各個工業(yè)領(lǐng)域“質(zhì)變”的重任，隨著新能源汽車的發(fā)展，“石墨烯電池”概念被反復(fù)提及，但對于石墨烯電池，完全可以一言以蔽之：炒作意義遠(yuǎn)大于實際價值。

2016年10月，美國菲斯克破產(chǎn)被收購后，已經(jīng)53歲的傳奇汽車設(shè)計師亨德里克·菲斯克二次創(chuàng)業(yè)，重建菲斯克，并宣布該公司生產(chǎn)的石墨烯電池將用于即將推出的Fisker EMotion電動汽車，一時間，曾與特斯拉齊名的新造車勢力仿佛重回巔峰。

然而，短短一年后，菲斯克稱，“由于石墨烯電池不能很好控制成本、技術(shù)上存在缺陷等原因，菲斯克選擇放棄使用石墨烯電池轉(zhuǎn)而采用韓國LG化學(xué)生產(chǎn)的高級圓柱形鋰離子NCM化學(xué)電池?！焙翢o疑問，石墨烯電池，成了菲斯克高調(diào)重生的炒作工具。

無獨有偶，2017年底，三星遞交了石墨烯電池的專利；次年初，三星展示一個名為“石墨烯球（grapheneballs）”的技術(shù)，能使電池容量增加45%，充電速度提高5倍，在12分鐘內(nèi)充滿電。此后數(shù)年，關(guān)于三星石墨烯電池的動態(tài)新聞層出不窮，然而以死磕石墨烯姿態(tài)運轉(zhuǎn)的三星，卻始終沒能出現(xiàn)一款真正的石墨烯動力電池。

這一次，廣汽埃安成為了石墨烯電池概念的宿主，但這一概念一經(jīng)提出，就受到了業(yè)內(nèi)廣泛質(zhì)疑，因為廣汽埃安只是將石墨烯作為一種輔助材料添加在了電池中。

從慣例上來講，一般電池都以其核心材料（鋰電四大原材：正極、負(fù)極、隔膜、電解液）來命名，例如三元里鋰電池，即是正極材料為三元鋰；磷酸鐵鋰電池，即是正極材料為磷酸鐵鋰；固態(tài)電池即是電解液為固態(tài)；鋰金屬電池即是負(fù)極采用鋰金屬。至于圓柱、方形、刀片則是以顯著的形狀來命名。

如果只將石墨烯作為添加劑，就冠以石墨烯電池之名，那真正將石墨烯作為電池主材的電池一旦走出實驗室，又該如何命名？

事實上，在經(jīng)歷石墨烯電池的炒作后，廣汽埃安也開始在各種場合強調(diào)，所研發(fā)的電池全名為石墨烯基超級快充電池，并非石墨烯電池。一位寧德時代的資深工程師向出行一客表示，“我的認(rèn)知里，目前石墨烯頂多作為導(dǎo)電添加劑使用，還沒有見過哪家使用真正的石墨烯電池?！?/p>

廣汽埃安石墨烯電池合作伙伴鵬輝能源研究院院長劉建生也向出行一客確認(rèn)，廣汽所開發(fā)的石墨烯基超級快充電池是將石墨烯作為導(dǎo)電添加劑應(yīng)用在正極材料上，來提高導(dǎo)電性，同時，劉建生還指出，電池成本并沒有太顯著的提升。

需要指出的是，廣汽埃安并非首家在電池中使用石墨烯的企業(yè)，早在2017年中旬，比亞迪、國軒動力電池已實現(xiàn)將石墨烯作為導(dǎo)電添加劑的大規(guī)模配置。其石墨烯供應(yīng)商昊鑫科技技術(shù)總監(jiān)張曉鴻還公開表示，比亞迪秦、唐系列電動汽車都已采用石墨烯導(dǎo)電劑。

同樣是將石墨烯作為導(dǎo)電劑應(yīng)用，卻只有廣汽埃安將石墨烯作為宣傳點，其中難免有玩文字游戲的嫌疑。

不過2017年的石墨烯導(dǎo)入技術(shù)并不成熟?！笆?yīng)用效果參差不齊、主要是石墨烯及石墨烯制備問題?！币晃皇┢髽I(yè)高層向出行一客表示，“石墨烯是一種納米材料，分為單層石墨烯和多層石墨烯（2-10層），而現(xiàn)階段能將石墨烯做到10層以內(nèi)的屈指可數(shù)，且價格高昂，而真正神奇的‘單層’石墨烯，更是停留在實驗室階段?！?/p>

“另外，在石墨烯改性過程中，想要將石墨烯粉末均勻的分布到漿料，以及將石墨烯漿料均勻添加到電極材料的過程，對工藝的要求非常之高，這也使得石墨烯改性技術(shù)早已成熟，至今應(yīng)用卻不太廣泛?！痹撌┢髽I(yè)高層人士表示。

相對來說，廣汽埃安石墨烯導(dǎo)入技術(shù)更為成熟，據(jù)廣汽埃安方面向出行一客表示，廣汽埃安通過三維結(jié)構(gòu)石墨烯（3DG）制備技術(shù)，實現(xiàn)了石墨烯制備成本下降90%以上。

從效果上來看，廣汽即將發(fā)布的石墨烯基超級快充電池充放電倍率達(dá)到了6C（即放電時間為10分鐘），這是過去電池所不具備的，廣汽所謂8分鐘快充（0-80%）的“月充時代”并非空穴來風(fēng)。

盡管有概念游戲的嫌疑，但從理論上來講，廣汽的石墨烯基超級快充電池是可以實現(xiàn)的。只是從本質(zhì)上看，石墨烯應(yīng)用并沒有實現(xiàn)電池技術(shù)的飛躍，只是起到錦上添花的輔助功效。

電動汽車1000km續(xù)航之謎

在廣汽埃安的宣傳中，頗為諷刺的是，消費者最關(guān)注的石墨烯技術(shù)和1000km續(xù)航，其實并沒有直接關(guān)系。

1月17日，廣汽埃安總經(jīng)理古惠南向出行一客表示，“8分鐘快充、續(xù)航1000km的電池，其實是兩項技術(shù)，前者是基于石墨烯技術(shù)實現(xiàn)的，后者則是通過硅負(fù)極技術(shù)實現(xiàn)?！边z憾的是，這兩項技術(shù)并不能同時用在一款電池上。

據(jù)廣汽埃安方面向出行一客透露，“石墨烯基超級快充電池預(yù)計9月份將量產(chǎn)，首款搭載車型是廣汽埃安AION V，續(xù)航里程500-600km。1000km續(xù)航硅負(fù)極新型電池也將于今年第四季度量產(chǎn)，首款搭載車型是廣汽埃安AION LX?！?/p>

相較于起錦上添花作用的石墨烯技術(shù)，廣汽宣傳中1000km對應(yīng)的硅負(fù)極技術(shù)價值更高，因為它實實在在地提高了電池的能量密度。

硅是目前已知比容量（4200mAh／g）最高的鋰離子電池負(fù)極材料，是當(dāng)前主流負(fù)極材料石墨的12倍多，但由于硅在充放電過程中會產(chǎn)生3倍以上的巨大體積膨脹，導(dǎo)致電化學(xué)性能惡化，至今仍未走出實驗室。

盡管硅無法直接作為負(fù)極實現(xiàn)商業(yè)化，但在石墨中摻雜少量硅的負(fù)極（硅碳負(fù)極）早已走向市場，在一定程度上可以提高能量密度。目前，相關(guān)企業(yè)對電池負(fù)極的提升，也重點放在不斷拔高硅含量上，至于直接將硅作為負(fù)極材料的電池，至今尚未出現(xiàn)。

出行一客向廣汽埃安方面詢問硅比例，并未得到明確回復(fù)。但從性能提升幅度來看，廣汽硅負(fù)極電池，大概率也是一種硅含量較高的硅碳負(fù)極。

據(jù)古惠南向出行一客透露，“使用硅負(fù)極技術(shù)后，電芯能量密度可提升至280wh/kg（瓦時每千克），而當(dāng)前主流三元鋰電池能量密度在230-240wh/kg之間，若搭載超過150kwh（千瓦時）的硅負(fù)極電池，續(xù)航可攀升至1000km。”

值得一提的是，繼2020年車企將高端電動汽車?yán)m(xù)航標(biāo)桿提升至700km后，1000km顯然成為了車企下一階段續(xù)航競賽的又一里程碑。一周內(nèi)，蔚來汽車固態(tài)電池、廣汽埃安硅負(fù)極電池、寧德時代長續(xù)航電池，都聲稱可將續(xù)航拔高至1000km。

理論上，汽車?yán)m(xù)航性是由多維度因素共同決定的，包括電池容量、熱管理、輕量化、風(fēng)阻、電機效率等，其中提高電池容量是最為立竿見影的方式。不過，盲目堆砌電池，會導(dǎo)致電池成本急劇提升、車內(nèi)空間難以布置、熱管理極易失控、整車效率低下等車企難以承受的負(fù)面效果。因此電池企業(yè)一直在通過追逐高能力密度電池來實現(xiàn)電池容量提升。

2020年以來，另一種提高電池容量的方式逐漸開始被車企接受，即能量密度并不高的磷酸鐵鋰電池。其原理是通過CTP無模組技術(shù)（又稱刀片電池），大幅提升體積密度，使得汽車能在有限的空間里搭載更多的電池，也能達(dá)到提高電池整體容量的效果。

目前，特斯拉Model 3、比亞迪漢都已采用了該方案，此前蔚來疑似采用寧德時代磷酸鐵鋰電池，蔚來汽車創(chuàng)始人李斌向出行一客承認(rèn)，搭載CTP無模組技術(shù)的磷酸鐵鋰電池是討論電動汽車實現(xiàn)長續(xù)航的方案之一，但仍在討論階段，尚未決定量產(chǎn)。

顯然，1000km續(xù)航的電動車正在走向消費者。不過所有的饋贈都在暗中標(biāo)好了價格，正如歐陽明高所表示的，當(dāng)前技術(shù)條件下，車企無法在實現(xiàn)1000km續(xù)航的同時兼顧安全和成本。廣汽埃安也在公告中明確表示，長續(xù)航硅負(fù)極電池的普及受電池總成本、消費者接受程度的影響，市場需求具有不確定性。

除1000km續(xù)航的高成本外，石墨烯基超級快充電池要真正實現(xiàn)8分鐘快充也涉及到相關(guān)配套設(shè)施的問題。目前廣汽埃安已在番禺建設(shè)最大功率為600kw的廣汽超級充電樁，是特斯拉最大功率的兩倍，但由于600kW確實太過夸張，而且對電網(wǎng)的承受能力提出了相當(dāng)嚴(yán)苛的要求，該超級充電樁能否快速進(jìn)入市場還有待商榷。

“續(xù)航1000km、8分鐘快充”看似數(shù)據(jù)光鮮，但其實背后都未到達(dá)真正成熟、普及的使用條件。
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