起底廣汽集團“石墨烯電池”真相

上周五(1月15日)末，廣汽集團(SH:601238/HK:02238)“石墨烯電池”9月量產的消息引爆市場。當日，A/H市場廣汽和a股均以漲停收盤，港股收盤上漲19.5%，成交額分別達到10億元和37億元。然而，市場的樂觀情緒甚至沒有持續24小時。在第二天舉行的中國電動汽車百人會論壇上，院士高的話很快就給市場的熱情潑了一盆冷水。他說:“如果有人說(這輛車)能跑1000公里，幾分鐘就能充滿電，而且特別安全，成本也很低。你不必相信，因為這是不可能的。”圖1:在“石墨烯電池”消息的帶動下，廣汽股價單日飆升。來源:百度“充電8分鐘續航1000公里”和“續航1000公里”。廣汽集團發布的「電池衛星」是什么？隨著更多的業內人士加入討論，進一步的官方解釋以及我們在技術維度的研究，大致確定了三件事:1。廣汽所謂“石墨烯電池”的說法并不準確，但也并非不切實際；2.石墨烯電池主要涉及一種電池負極技術:以石墨烯為導電添加劑的“硅基復合負極材料技術”。其中，在負極材料中添加石墨烯作為導電添加劑(不超過8%)，可以提高電池的高倍率充電性能，即有助于實現所謂的“1000公里充電8分鐘”；基于“一核兩殼”結構技術的“硅基鋰離子負極”，可以提高電池的循環穩定性、結構密度和放電率，即實現所謂的“1000公里續航”。3.同時，該電池涉及一項快速充電技術:在使用石墨烯作為三元鋰電池正極材料導電劑的基礎上，使用一套冷卻系統實現6C快速充電能力，即一項“1000公里充電8分鐘”的技術。基于這一基本事實，我們的結論是，廣汽所說的“石墨烯電池”的正確名稱應該是“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”。這種電池技術并不新鮮，但在技術上有了很大的突破。電池宣傳的性能參數雖然有水分，但也有很大的實現可能性。其實長期跟蹤石墨烯技術的人都知道，這幾天廣汽發布的“石墨烯電池”衛星，本身就是一顆“老衛星”。早在2014年，一家名為Graphene Nano(中文意思是“石墨納米”)的西班牙公司聲稱，它與科爾多瓦大學聯合開發了世界上第一個石墨烯聚合物電池。在向外界介紹這款石墨烯電池時，石墨烯納米使用的參數包括:◆能量密度超過600wh/kg(即每千克電池可產生0.6 kWh)。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；◆單次充滿電僅需8分鐘；使用壽命是鋰電池的兩倍。.....但遺憾的是，這項由石墨烯納米和科爾多瓦大學牽頭的實驗室技術至今還沒有出PPT，六年多了也沒有落地。本質上，無論是2014年的石墨烯納米還是2021年的GAC，他們所謂的“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，作為一種新型硅基負極材料，部分替代以石墨為核的碳基負極材料，從而提高鋰電池的整體容量和充電速度。所以這款電池正確的命名方法應該是“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”，本質還是鋰電池(因為使用量最大的核心正極材料沒有變)，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，但也不是不切實際。歐陽院士的這盆冷水非常及時，因為無論是“1000 km高續航”還是廣汽所謂的“10分鐘快充技術”都有一定水分，而且由于現實產業鏈中配套設施不完善，很難在短時間內普及。但理性來說，未來廣汽發布的“摻雜石墨烯的鋰電池”并非不現實，“脫水”后仍有很強的可行性和市場空間。先說水分:“摻雜石墨烯的鋰電池”還是過渡技術，性能提升存在天花板。我們幾乎可以斷定，在GAC版的“摻石墨烯的硅基負極鋰電池”中，石墨烯的作用是作為導電劑降低電阻，提高充放電速率，也就是主要用于提高充電速度。但對于鋰離子電池來說，石墨烯作為導電劑附著在硅基復合正極材料上(或者附著在三元鋰電池正極材料上作為導電劑)，并不能從根本上改變鋰離子電池的能量密度，只是對電池整體容量的提高起到輔助作用。在提高電池容量(或能量密度)方面起主要作用的是硅材料(納米硅)。也就是說，在GAC版的“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”中，真正的主角是以納米硅為核心的復合負極材料(其實引入納米硅后，石墨的比例仍然超過納米硅)。目前，以石墨烯為主要材料的動力電池還不能在實驗室完全實現。所以，從至今的現實路徑來看，固態電池(以特斯拉4680無極電池為代表)的前景明顯好于“摻雜石墨烯的鋰電池”，這只是一種過渡技術。總之，廣汽“石墨烯電池”的核心突破在于“一核兩殼”結構工藝的硅基復合負極材料技術(下面會詳細介紹)；但鑒于正極材料仍然掌管著鋰電池的核心性能指標，該技術在提升電池性能方面有著顯著的天花板。[2]除了現實意義:廣汽的硅基復合負極材料技術和電池快充技術有理論數據支撐，具有現實應用前景和競爭力。眾所周知，硅是鋰離子電池的負極材料，比容量最高(4200 mAh/g)，是石墨負極材料的12倍以上。因此，在鋰電池正極材料中引入納米硅部分替代石墨，理論上可以大大提高鋰電池的能量密度。目前現有電動車的電池系統能量密度一般為160wh/kg(比亞迪的漢EV電芯能量密度為170wh/kg，特斯拉model 3長壽命版為161wh/kg)，而廣汽基于硅基復合負極材料技術的“石墨烯摻雜鋰電池”據說可以做到280wh/kg，即能量密度提升57%。如果是這樣的話，那就意味著參照160wh/kg能量密度對應的600km NEDC續航，廣汽的“石墨烯摻雜鋰電池”確實可以做到1000km的NEDC續航。當然具體到真正的續航，往往需要打6、7折。另外，關于這款電池的快充，有投資者質疑噱頭大于實質。來自廣汽集團的技術儲備顯示，他們的秘密武器是一項動力電池系統實用新型專利技術，它包括一個外殼、一個液冷結構和多個設置在外殼內的電池模塊。該系統還涉及石墨烯-石墨烯也作為導電劑添加到陰極材料中。該系統的核心是一套基于石墨烯導電劑的冷卻系統，可以保證內部溫度的一致性和安全性，進而保證搭載該系統的車輛可以在10分鐘(6C)內完成快速充電。圖3:不同材料的電阻系數和溫度系數。第一列是石墨烯。來源:百度百科這里簡單介紹一下什么是6C快充:目前快充還沒有特別嚴格的定義，一般可以理解為1小時以內充電(即充電速率大于1C)的系統，不同于慢充幾個小時的充電。根據加州空氣資源委員會(CARB)早期的規定，電動汽車的快充時間為10min(6C)。但必須指出的是，目前快充技術的實現不僅取決于電池本身，還取決于大功率充電樁技術的普及。這在很大程度上也是一個產業鏈耦合問題，為我國充電樁行業的進一步技術升級帶來了挑戰和機遇。最重要的是電池技術GAC對石墨烯要求不是特別高。此外，近三年來石墨烯基礎產品價格大幅降低，因此僅對于石墨烯而言，成本約束并不突出。制約這種電池技術的主要成本和難點可能來自電池設備和技術。以上，出于謹慎原則，鑒于固態電池可能至少要到2025年才能商用，GAC這種“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”如果能在一年內量產還是很有競爭力的。我們可以謹慎樂觀。我們之所以謹慎看好廣汽作為電池技術，不僅是因為技術路徑上存在差異化競爭窗口，而且其對應的自主核心技術確實具有一定的技術優勢。據搜索，廣汽的這一系列電池技術已經發展了4年多。這可以從其相關發明專利申請的時間上往后推——其核心專利申請至少可以追溯到2018年11月。更重要的是，通過對其相關核心專利的觀察，可以看出廣汽的電池技術并非憑空出現，而是本身遵循了電池技術的發展規律——主要的技術進步并不是石墨烯或納米硅的推出，而是其“一核兩殼”技術。所謂“一芯兩殼”工藝特指其硅基復合陽極墊……ial結構，包括內核、第一殼層和第二殼層:■內核包括硅碳復合材料(高克容量、高功率密度的鋰離子電池)；■第一殼層包括無定形碳層(用于改善導電性、抑制內核的體積膨脹和改善鋰嵌入的均勻性)；■第二殼層包括導電聚合物層(石墨烯所在的位置具有良好的韌性，避免了充放電過程中無定形碳層的開裂，有利于形成穩定的固體電解質膜，從而提高材料的循環穩定性)。事實上，目前阻礙硅基負極材料大規模工業化應用的核心技術難點是，當負極中加入更多的硅基活性材料時，通常會因約束不足而體積膨脹，碳層開裂，不足以形成穩定的固體電解質膜，以至于電池在200次以上放電后性能迅速衰減至70%以下。廣汽的“一核兩殼”工藝在一定程度上有效解決了這個問題(見下圖)。圖4:廣汽“一核兩殼”硅基陽極結構，能有效抵抗電池衰減。來源:專利文獻因此，至少從這項技術測試和展示的紙面技術指標來看，可以對廣汽的“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”持謹慎樂觀態度。廣汽急什么？在本文的最后，我們來推測一下，作為國有整車企業的廣汽，為什么會如此著急，如此高調地在2021年1月發布一款動力電池技術，而這款技術距離量產還有很長的一段時間(據官方透露，最遲會在今年第四季度量產)。原因很可能來自于競品和股價的壓力:事實上，SAIC和阿里此前發布的智極牌汽車也宣稱可以實現1000 km NEDC續航。據推測，這款汽車電池涉及的技術路線也是“硅基負極鋰電池”。廣汽這次的發聲就像是一次“主權示威”——我們的技術是基于自主研發的核心專利，競爭對手可能只能依靠像當代安普科技有限公司這樣的電池廠商(當然，廣汽的電池配套工廠也是與當代安普科技有限公司共同建立和運營的)。圖5:廣汽與當代安培科技有限公司聯手生產電池。來源:網絡。此外，作為國內老牌汽車企業，新勢力的各種“PPT技術”在過去一年多造成的股價暴漲，或許也為廣汽提供了“參考范本”。過去通過公布技術，提振股價，放大市值，也是一種正確和需求。按照常理，相比新勢力，體制本身也決定了廣汽集團不會也不敢對外制造完全脫離實際的噱頭。所以，對于廣汽這次的高調，我們相信背后還是有充分的現實準備的——而這，從某種意義上來說，也是我們謹慎看好其“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”的原因之一。但無論如何，通過以上披露，我們基本可以確認，上周五廣汽發布的文案中關于“石墨烯電池”的說法確實不準確，涉嫌誤導市場。這也在很大程度上反映了目前電動車市場的“虛火過剩”，值得投資者警惕。最后指出，本文涉及的技術方面較多，錯誤和遺漏在所難免。不足之處，請留言指出并討論。上周五(1月15日)末，廣汽集團(SH:601238/HK:02238)“石墨烯電池”9月量產的消息引爆市場。當日，A/H市場廣汽和a股均以漲停收盤，港股收盤上漲19.5%，成交額分別達到10億元和37億元。然而，市場的樂觀情緒甚至沒有持續24小時。在第二天舉行的中國電動汽車百人會論壇上，院士高的話很快就給市場的熱情潑了一盆冷水。他說:“如果有人說(這輛車)能跑1000公里，幾分鐘就能充滿電，而且特別安全，成本也很低。你不必相信，因為這是不可能的。”圖1:在“石墨烯電池”消息的帶動下，廣汽股價單日飆升。來源:百度“充電8分鐘，持續……00公里”和“持續1000公里”。廣汽集團發布的「電池衛星」是什么？隨著更多的業內人士加入討論，進一步的官方解釋以及我們在技術維度的研究，大致確定了三件事:1。廣汽所謂“石墨烯電池”的說法并不準確，但也并非不切實際；2.石墨烯電池主要涉及一種電池負極技術:以石墨烯為導電添加劑的“硅基復合負極材料技術”。其中，在負極材料中添加石墨烯作為導電添加劑(不超過8%)，可以提高電池的高倍率充電性能，即有助于實現所謂的“1000公里充電8分鐘”；基于“一核兩殼”結構技術的“硅基鋰離子負極”，可以提高電池的循環穩定性、結構密度和放電率，即實現所謂的“1000公里續航”。3.同時，該電池涉及一項快速充電技術:在使用石墨烯作為三元鋰電池正極材料導電劑的基礎上，使用一套冷卻系統實現6C快速充電能力，即一項“1000公里充電8分鐘”的技術。基于這一基本事實，我們的結論是，廣汽所說的“石墨烯電池”的正確名稱應該是“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”。這種電池技術并不新鮮，但在技術上有了很大的突破。電池宣傳的性能參數雖然有水分，但也有很大的實現可能性。其實長期跟蹤石墨烯技術的人都知道，這幾天廣汽發布的“石墨烯電池”衛星，本身就是一顆“老衛星”。早在2014年，一家名為Graphene Nano(中文意思是“石墨納米”)的西班牙公司聲稱，它與科爾多瓦大學聯合開發了世界上第一個石墨烯聚合物電池。在向外界介紹這款石墨烯電池時，石墨烯納米使用的參數包括:◆能量密度超過600wh/kg(即每千克電池可產生0.6 kWh)。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；◆單次充滿電僅需8分鐘；使用壽命是鋰電池的兩倍。.....但遺憾的是，這項由石墨烯納米和科爾多瓦大學牽頭的實驗室技術至今還沒有出PPT，六年多了也沒有落地。本質上，無論是2014年的石墨烯納米還是2021年的GAC，他們所謂的“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，作為一種新型硅基負極材料，部分替代以石墨為核的碳基負極材料，從而提高鋰電池的整體容量和充電速度。所以這款電池正確的命名方法應該是“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”，本質還是鋰電池(因為使用量最大的核心正極材料沒有變)，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，但也不是不切實際。歐陽院士的這盆冷水非常及時，因為無論是“1000 km高續航”還是廣汽所謂的“10分鐘快充技術”都有一定水分，而且由于現實產業鏈中配套設施不完善，很難在短時間內普及。但理性來說，未來廣汽發布的“摻雜石墨烯的鋰電池”并非不現實，“脫水”后仍有很強的可行性和市場空間。先說水分:“摻雜石墨烯的鋰電池”還是過渡技術，性能提升存在天花板。我們幾乎可以斷定，在GAC版的“摻石墨烯的硅基負極鋰電池”中，石墨烯的作用是作為導電劑降低電阻，提高充放電速率，也就是主要用于提高充電速度。但對于鋰離子電池來說，石墨烯作為導電劑附著在硅基復合正極材料上(或者附著在三元鋰電池正極材料上作為導電劑)，并不能從根本上改變鋰離子電池的能量密度，只是對電池整體容量的提高起到輔助作用。在提高電池容量(或能量密度)方面起主要作用的是硅材料(納米硅)。也就是說，在GAC版的“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”中，真正的主角是以納米硅為核心的復合負極材料(其實引入納米硅后，石墨的比例仍然超過納米硅)。目前，以石墨烯為主要材料的動力電池還不能在實驗室完全實現。所以，從至今的現實路徑來看，固態電池(以特斯拉4680無極電池為代表)的前景明顯好于“摻雜石墨烯的鋰電池”，這只是一種過渡技術。總之，廣汽“石墨烯電池”的核心突破在于“一核兩殼”結構工藝的硅基復合負極材料技術(下面會詳細介紹)；但鑒于正極材料仍然掌管著鋰電池的核心性能指標，該技術在提升電池性能方面有著顯著的天花板。[2]除了現實意義:廣汽的硅基復合負極材料技術和電池快充技術有理論數據支撐，具有現實應用前景和競爭力。眾所周知，硅是鋰離子電池的負極材料，比容量最高(4200 mAh/g)，是石墨負極材料的12倍以上。因此，在鋰電池正極材料中引入納米硅部分替代石墨，理論上可以大大提高鋰電池的能量密度。目前現有電動車的電池系統能量密度一般為160wh/kg(比亞迪的漢EV電芯能量密度為170wh/kg，特斯拉model 3長壽命版為161wh/kg)，而廣汽基于硅基復合負極材料技術的“石墨烯摻雜鋰電池”據說可以做到280wh/kg，即能量密度提升57%。如果是這樣的話，那就意味著參照160wh/kg能量密度對應的600km NEDC續航，廣汽的“石墨烯摻雜鋰電池”確實可以做到1000km的NEDC續航。當然具體到真正的續航，往往需要打6、7折。另外，關于這款電池的快充，有投資者質疑噱頭大于實質。來自廣汽集團的技術儲備顯示，他們的秘密武器是一項動力電池系統實用新型專利技術，它包括一個外殼、一個液冷結構和多個設置在外殼內的電池模塊。該系統還涉及石墨烯-石墨烯也作為導電劑添加到陰極材料中。該系統的核心是一套基于石墨烯導電劑的冷卻系統，可以保證內部溫度的一致性和安全性，進而保證搭載該系統的車輛可以在10分鐘(6C)內完成快速充電。圖3:不同材料的電阻系數和溫度系數。第一列是石墨烯。來源:百度百科這里簡單介紹一下什么是6C快充:目前快充還沒有特別嚴格的定義，一般可以理解為1小時以內充電(即充電速率大于1C)的系統，不同于慢充幾個小時的充電。根據加州空氣資源委員會(CARB)早期的規定，電動汽車的快充時間為10min(6C)。但必須指出的是，目前快充技術的實現不僅取決于電池本身，還取決于大功率充電樁技術的普及。這在很大程度上也是一個產業鏈耦合問題，為我國充電樁行業的進一步技術升級帶來了挑戰和機遇。最重要的是電池技術GAC對石墨烯要求不是特別高。此外，近三年來石墨烯基礎產品價格大幅降低，因此僅對于石墨烯而言，成本約束并不突出。制約這種電池技術的主要成本和難點可能來自電池設備和技術。以上，出于謹慎原則，鑒于固態電池可能至少要到2025年才能商用，GAC這種“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”如果能在一年內量產還是很有競爭力的。我們可以謹慎樂觀。我們之所以謹慎看好廣汽作為電池技術，不僅是因為技術路徑上存在差異化競爭窗口，而且其對應的自主核心技術確實具有一定的技術優勢。據搜索，廣汽的這一系列電池技術已經發展了4年多。這可以從其相關發明專利申請的時間上往后推——其核心專利申請至少可以追溯到2018年11月。更重要的是，通過對其相關核心專利的觀察，可以看出廣汽的電池技術并非憑空出現，而是本身遵循了電池技術的發展規律——主要的技術進步并不是石墨烯或納米硅的推出，而是其“一核兩殼”技術。所謂“一芯兩殼”工藝特指其硅基復合陽極墊……ial結構，包括內核、第一殼層和第二殼層:■內核包括硅碳復合材料(高克容量、高功率密度的鋰離子電池)；■第一殼層包括無定形碳層(用于改善導電性、抑制內核的體積膨脹和改善鋰嵌入的均勻性)；■第二殼層包括導電聚合物層(石墨烯所在的位置具有良好的韌性，避免了充放電過程中無定形碳層的開裂，有利于形成穩定的固體電解質膜，從而提高材料的循環穩定性)。事實上，目前阻礙硅基負極材料大規模工業化應用的核心技術難點是，當負極中加入更多的硅基活性材料時，通常會因約束不足而體積膨脹，碳層開裂，不足以形成穩定的固體電解質膜，以至于電池在200次以上放電后性能迅速衰減至70%以下。廣汽的“一核兩殼”工藝在一定程度上有效解決了這個問題(見下圖)。圖4:廣汽“一核兩殼”硅基陽極結構，能有效抵抗電池衰減。來源:專利文獻因此，至少從這項技術測試和展示的紙面技術指標來看，我們可以對廣汽的“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”持謹慎樂觀態度。廣汽急什么？在本文的最后，我們來推測一下，作為國有整車企業的廣汽，為什么會如此著急，如此高調地在2021年1月發布一款動力電池技術，而這款技術距離量產還有很長的一段時間(據官方透露，最遲會在今年第四季度量產)。原因很可能來自于競品和股價的壓力:事實上，SAIC和阿里此前發布的智極牌汽車也宣稱可以實現1000 km NEDC續航。據推測，這款汽車電池涉及的技術路線也是“硅基負極鋰電池”。廣汽這次的發聲就像是一次“主權示威”——我們的技術是基于自主研發的核心專利，競爭對手可能只能依靠像當代安普科技有限公司這樣的電池廠商(當然，廣汽的電池配套工廠也是與當代安普科技有限公司共同建立和運營的)。圖5:廣汽與當代安培科技有限公司聯手生產電池。來源:網絡。此外，作為國內老牌汽車企業，新勢力的各種“PPT技術”在過去一年多造成的股價暴漲，或許也為廣汽提供了“參考范本”。過去通過公布技術，提振股價，放大市值，也是一種正確和需求。按照常理，相比新勢力，體制本身也決定了廣汽集團不會也不敢對外制造完全脫離實際的噱頭。所以，對于廣汽這次的高調，我們相信背后還是有充分的現實準備的——而這，從某種意義上來說，也是我們謹慎看好其“石墨烯摻雜硅基負極鋰電池”的原因之一。但無論如何，通過以上披露，我們基本可以確認，上周五廣汽發布的文案中關于“石墨烯電池”的說法確實不準確，涉嫌誤導市場。這也在很大程度上反映了目前電動車市場的“虛火過剩”，值得投資者警惕。最后指出，本文涉及的技術方面較多，錯誤和遺漏在所難免。不足之處，請留言指出并討論。

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