三星SDI死磕石墨烯电池？

提到下一代电池技术，很多人的第一反应就是固态电池了。

事实上，在众多电池研究的单位中，选择固态电池作为技术方向的最多，但电池技术的分类其实非常广泛，除了固态电池，比较可行的还有以日本东芝为代表的快充型锂离子电池，也称“竞技技术”，而且这类电池也到了产业化的边缘。

所谓“竞技技术”其实就是东芝开发的“下一代SCiB”，SCIB通过在锂离子二次电池负极中，采用相对Li来说电势更高的钛酸锂(Li4Ti5O12：LTO)，使得充放电循环寿命和安全性都得到了显著提高。由于电势高，锂不会沉积在负极上，所以不会存在由于Li枝晶造成短路的问题。实现了现有产品2.5倍的输入密度，同时体积能量密度增加到350Wh/L，达到了现有SCiB的2倍。

东芝不曾透露在下一代SCiB上实现超快速充电的具体技术，但有一个线索是，这个技术可能是由经营光学玻璃的Ohara公司开发的技术。而不管如何，这类超级快充技术也是目前的主流电池技术发展方向之一，国内最具代表性的企业就是微宏动力。

关于以超级快充为代表的充电速度和以固态电池代表的高能量密度，哪种技术会率先大规模应用在汽车上，其实很难说。毕竟快充电池还面临一个大功率充电以及电网负荷的问题；而固态电池其技术壁垒似乎更为高深。当然，如果能两者皆备，就真是福音了。

下面就来看看本周锂电行业都发生了哪些新技术和大事件吧。

1、加拿大燃料电池龙头巴拉德发布新一代燃料电池

加拿大燃料电池龙头巴拉德动力系统公司(BallardPowerSystems)近日宣布，研发出新一代高性能燃料电池推进系统，可供无人机使用。巴拉德还收到了波音子公司Insitu的后续合同，新一代1.3千瓦(KW)燃料电池推进系统将用于Insitu公司“扫描鹰(ScanEagle)”无人机平台，供其进行更长航时的飞行测试。

新一代燃料电池推进系统较以往取得了一系列重要进展：新的膜电极组件(MEA)设计，让电池能量密度增加；新MEA和一步燃料电池堆密封处理工艺相结合，降低电池成本；同时，电池还具备更长的寿命。此外，虽然电池额定功率的所有增加，但电池尺寸和重量并没有明显变化，这对于无人机应用而言的是一个特别重要的进步。

点评：燃料电池运用到无人机领域，一点都不奇怪。就发展路线而言，燃料电池和锂电池本就是两个完全相反的方向，锂电池是囿于安全性(逐步提升)，只能由小到大的应用，即手机数码到动力领域；而燃料电池则囿于成本，是由大到小的应用，目前燃料电池在特种领域已经相当成熟了，就性能而言，燃料电池可谓“天生动力”。而无人机相对汽车来说，没那么大的成本依赖，率先推广燃料电池，理所当然。

2、三星SDI研发出新型石墨烯球电池

据韩国《中央日报》报道，三星电子综合技术院的研究小组成功研发出新电池材料“石墨烯球”，比现有锂离子电池的充电容量高出45%，充电速度提高5倍以上。该研发成果在线发表在《自然通讯》的杂志上。

研究人员发现在高强度、高导电性的石墨烯材料中加入二氧化硅后，可以大量合成石墨烯，合成的石墨烯像爆米花一样呈现出三维立体形态，因此被称为“石墨烯球”，将这种石墨烯球材料用于锂离子电池的阳极保护膜和阴极材料后可以提升充电容量、缩短充电时间，而且高温稳定性也能得到保障。

石墨烯在新一代素材中一直被认为是代表性材料。从石墨中剥出的石墨烯是薄薄的碳素原子膜，其特点是物理性、化学性的稳定性较高。该材料比铜的导电性高100倍；比硅的导电速度高140倍以上。这也是石墨烯球材电池比现有的充电电池的充电速度快五倍的理由。韩国计划五年内将“石墨烯球”锂电子电池实现商用化。

点评：三星SDI这是要死磕石墨烯电池了，去年年底，三星就递交了石墨烯电池的专利，但业内人士分析指出，石墨烯电池只是一个概念，2030年之前都只能沦为炒作对象。不过，笔者倒是没有那么悲观，石墨烯电池这个概念其实很模糊，如果是石墨烯浆料的话，已经比较成熟了，但如果是石墨烯负极的话，那还真得2030年以后了。

3、新型固态电解质具备非对称功能化层

近期中科院化学所郭玉国课题组成功开发一种具有非对称结构的固态电解质(ASE)以同时满足正负极的需求。该固态电解质具有两个功能化层：(ⅰ)与金属锂负极侧接触的是一层被7.5nm的聚合物修饰的致密的Li7La3Zr2O12无机涂覆层，该致密层可以有效的抵挡金属锂枝晶的刺穿。(ⅱ)在正极侧是柔软的聚合物层，该聚合物层分布于正极的内部与表面，使得电极/电解质界面较好的连接在一起。并且整个非对称固态电解质的厚度小于36μm，极大的降低了固态电解质的厚度有望实现高能量密度的固态金属锂电池。

该非对称固态电解质表现出优异的对金属锂枝晶的抑制能力。组装的Li/ASE/Li电池在在3200小时内均表现出平坦稳定的电压平台。并且循环后两侧的金属锂都保持了平整的形貌，无明显的枝晶产生。

由该非对称电解质组装的全电池，具有较低的界面电阻，并且该全电池具有优异的长循环性能和高的库伦效率(大于99.8%)。循环后的电池正极表面有一层较薄且均匀的聚合物以确保整个循环过程中较好的电极/电解质界面。

点评：固态电解质成为下一代锂电技术基本已经成为行业内的共识了。但其缺点也很明显，即固态电解质的导电率、内阻、界面阻抗及相容性等等。因此，现阶段各大企业的研发重点是固态聚合物电解质、无机固体电解质的设计及制备技术，固/固界面构筑及稳定化技术；并在此基础上完善电池生产工艺及专用设备的研究，来实现产品的量产。