鋰電世界  石墨烯從爆炒到逐漸冷卻，從側(cè)面反映出石墨烯材料在應(yīng)用端還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)化的臨界點(diǎn)。

    與此同時(shí)，有關(guān)上市公司控股的子公司申請(qǐng)石墨烯專利的消息頻傳，也顯示了國(guó)內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)石墨烯材料的關(guān)注和重視。

    早在2012年，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員劉兆平博士和他的團(tuán)隊(duì)宣稱：可以將石墨烯制取的成本從5000元一克降低到3元一克。這就意味著貴過(guò)黃金的石墨烯開(kāi)始變成了“白菜價(jià)”，如果真是這樣，困擾著動(dòng)力鋰電池多年的難題也就迎刃而解了。

    今年3月，隨著加州大學(xué)石墨烯“超級(jí)電容器”研究成果的發(fā)布，有行業(yè)分析人士立即指出，石墨材料、石墨烯微片和宣稱石墨烯制造的產(chǎn)業(yè)鏈上市公司將被爆炒。

    果然，受此消息提振，石墨烯概念股表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)，多只個(gè)股一度飆升到兩市漲幅榜前列，中國(guó)寶安和華麗家族更是一度漲停。

    然而，這一說(shuō)法很快遭到業(yè)內(nèi)專家的質(zhì)疑。“真正的石墨烯是非常輕的，作為單原子層的石墨烯用公斤和噸來(lái)衡量的說(shuō)法顯然是不科學(xué)的。國(guó)際上通用的方法是用面積的算法來(lái)衡量石墨烯的產(chǎn)量。”清華大學(xué)深圳研究生院院長(zhǎng)康飛宇教授認(rèn)為，出現(xiàn)這樣的結(jié)果，起始于媒體的錯(cuò)誤解讀，然后被股市莊家和券商借用炒作。

    一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室成果被夸大成為炒作題材，從另外一個(gè)角度看，正說(shuō)明鋰電池行業(yè)缺乏激動(dòng)人心的進(jìn)展，特別是動(dòng)力鋰電池存在著諸多技術(shù)瓶頸，造成純電動(dòng)車市場(chǎng)踟躕不前，而且這種障礙將長(zhǎng)期存在。

    被夸大的概念“作為目前已知的最薄、強(qiáng)度最高的材料，加上優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和透光性，石墨烯在電子元器件、新能源、動(dòng)力電池、導(dǎo)電油墨、導(dǎo)電涂料、航空航天和復(fù)合材料等多個(gè)領(lǐng)域，都有巨大的應(yīng)用前景。”寧波墨西科技有限公司副總經(jīng)理蔡鳳新認(rèn)為，市場(chǎng)只接受成熟的產(chǎn)品和應(yīng)用解決方案。

    根據(jù)寧波墨西科技有限公司在其官網(wǎng)上的介紹，其生產(chǎn)的石墨烯產(chǎn)品為石墨烯微片，即為多層石墨烯結(jié)構(gòu)，但石墨烯的特性，比如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、透光、柔軟性等得到很好保持，可以作為一種工業(yè)原材料廣泛地添加到現(xiàn)有的各種基礎(chǔ)材料中，對(duì)現(xiàn)有材料的性能進(jìn)行改進(jìn)。

    但是實(shí)際上，石墨烯與石墨烯微片，兩字之差卻謬之千里。

    石墨烯質(zhì)地薄且堅(jiān)硬，可被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，比如超薄超輕型飛機(jī)材料，超輕防彈衣等，被看做是未來(lái)電子產(chǎn)品變革中所需的重要材料。

    “大石墨烯概念可分為：石墨烯微片、氧化石墨烯、石墨烯。”深圳六碳科技創(chuàng)始人許子寒認(rèn)為，從國(guó)際學(xué)術(shù)研究的角度來(lái)看，后者才是真正意義上的石墨烯。根據(jù)資料介紹，石墨烯微片是指碳層數(shù)多于10層、厚度在5～100納米范圍內(nèi)的超薄的石墨烯層狀堆積體；而石墨烯則是由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)，是只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料。

    “作為新材料的石墨烯尚處于研究階段未能商用，而如果細(xì)數(shù)那些所謂的石墨烯概念股就會(huì)發(fā)現(xiàn)，真正與石墨烯有關(guān)聯(lián)的并不多。”許子寒認(rèn)為上市公司有意無(wú)意的將石墨烯的概念與石墨材料、石墨烯微片等概念混淆，讓澄清公告“澄而不清”。

    南都電源就是將此種概念混淆，有意無(wú)意間“澄而不清”的公司之一。

    南都電源公司于2012年9月向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)“一種含有鉛石墨烯復(fù)合材料的鉛炭電池負(fù)極板”和“一種鉛石墨烯復(fù)合材料”兩項(xiàng)發(fā)明專利。

    在其“一種鉛石墨烯復(fù)合材料”的專利介紹中稱：每個(gè)石墨烯片包含1～50個(gè)碳原子層；本發(fā)明的鉛石墨烯復(fù)合材料可以實(shí)現(xiàn)鉛顆粒與石墨烯片的有效結(jié)合，并且與鉛粉等鉛酸電池的負(fù)極活性物質(zhì)也可實(shí)現(xiàn)更均勻的混合。

    由此可見(jiàn)，南都電源的專利也是石墨烯微片而非石墨烯，兩者概念相去甚遠(yuǎn)。然而資本市場(chǎng)對(duì)于新概念的追逐總是熱烈而盲目的。

    早在墨西科技于2012年4月成立時(shí)，就號(hào)稱擁有全球第一條石墨烯生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)年產(chǎn)300噸。墨西科技網(wǎng)站資料顯示，2012年12月，公司舉行了年產(chǎn)200萬(wàn)平方米石墨烯涂層鋁箔生產(chǎn)線投產(chǎn)儀式，“標(biāo)志著全國(guó)乃至全球首個(gè)基于石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品正式面向市場(chǎng)”。

    “從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，他們生產(chǎn)的并不是石墨烯。只有單層的才是石墨烯，而他們生產(chǎn)的石墨烯大概在10層左右。層數(shù)越少，性能越獨(dú)特。”上海一位新材料方面的權(quán)威專家指出。

    此非孤論，另有專家亦稱，墨西科技所生產(chǎn)的，實(shí)質(zhì)上只是石墨微片，本質(zhì)上仍屬石墨范疇。石墨烯由于是以原子為單位，故多以面積計(jì)算，如以重量算計(jì)，對(duì)角線30英寸可能就是0.1毫克左右，以公斤或噸來(lái)計(jì)算的，都稱不上是石墨烯。

    產(chǎn)業(yè)化方興未艾

    雖然目前國(guó)內(nèi)針對(duì)石墨烯材料的研發(fā)進(jìn)展多有濫美之詞，但這并不妨礙石墨烯在鋰電池應(yīng)用方面的巨大前景。

    康飛宇介紹：目前石墨烯在鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域的研究主要集中在兩個(gè)方面：一個(gè)是電極復(fù)合材料，另一個(gè)是導(dǎo)電添加劑。

    在正極材料方面，通過(guò)噴霧干燥方法可獲得磷酸鐵鋰、石墨烯復(fù)合正極材料。由石墨烯形成的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)與磷酸鐵鋰納米顆粒緊密結(jié)合，極大提高了電極材料的電導(dǎo)率。同時(shí)，復(fù)合材料中的多孔結(jié)構(gòu)又滿足了鋰離子快速遷移的需要，因此石墨烯改性磷酸鐵鋰材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性均較傳統(tǒng)的熱解碳包覆改性有了顯著提升。

    而采用石墨烯材料的新型鋰離子電池導(dǎo)電劑能夠大幅降低電池內(nèi)阻，提高電池散熱性能，因此可顯著提升電池倍率性能和循環(huán)壽命，同時(shí)可有效降低導(dǎo)電劑用量，從而提高電池容量。研究表明，添加1%石墨烯導(dǎo)電劑的磷酸鐵鋰電池性能已和添加2%碳納米管導(dǎo)電劑的電池相當(dāng)。

    與此同時(shí)，現(xiàn)階段鋰電池的一個(gè)突出矛盾就是能量密度低，且進(jìn)步緩慢。電池的能量密度指單位體積或質(zhì)量所儲(chǔ)存的電能。能量密度越高，產(chǎn)品使用時(shí)間越長(zhǎng)，體積也越小而輕便。

    鋰電池另一致命的缺點(diǎn)是，使用壽命也不盡如人意。純電動(dòng)車的電池系統(tǒng)是由多個(gè)單體電池串并聯(lián)組成電池組，再由若干電池組形成的電池包。北京化學(xué)試劑研究所高級(jí)工程師廖紅英表示，就像“木桶原理”，性能最弱的單個(gè)電池決定了這個(gè)電池包的壽命，“若有一個(gè)害群之馬，整個(gè)電池包可能就會(huì)停止工作”。在純電動(dòng)車的制造成本中，電池占到40%～60%。一般汽車是15年的使用壽命，純電動(dòng)車中鋰電池的使用年限僅5年。

    一輛普通家用轎車的價(jià)格約10萬(wàn)元，如果購(gòu)買相同配置的純電動(dòng)車，則要再支付10萬(wàn)元的電池成本，這讓消費(fèi)者難以接受。

    電動(dòng)自行車領(lǐng)域也是這樣，雖然鋰電池的能量密度、循環(huán)充電次數(shù)都大大優(yōu)于鉛酸電池。但鉛酸電池的更換成本平均為450元左右，鋰電池則為1000元左右，因此鋰電池僅占據(jù)了3%左右的市場(chǎng)份額。

    “石墨烯材料在鋰離子電池中的應(yīng)用則會(huì)極大地改善這種現(xiàn)狀，在提高電池能量密度的同時(shí)，將極大的提升電池倍率性能和循環(huán)壽命。”康飛宇表示，隨著石墨烯材料在鋰離子電池應(yīng)用的研究中不斷取得突破，在不久的將來(lái)，動(dòng)力鋰電池技術(shù)上存在的一些缺陷終將會(huì)迎刃而解。

    根據(jù)最新研究報(bào)告顯示，中國(guó)是世界上除日本外最大的鋰電池生產(chǎn)國(guó)及主要消費(fèi)國(guó)，2012年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到640億元。其中筆記本電腦占29%，手機(jī)占36%，為最大應(yīng)用領(lǐng)域。但是，動(dòng)力鋰電池只發(fā)展了十年時(shí)間，仍處于早期的幼稚階段。

    5年內(nèi)鋰電領(lǐng)域局面難開(kāi)

    在多方的重視和努力之下，石墨烯正在加快產(chǎn)業(yè)化的步伐。不過(guò)據(jù)記者了解，不同類型的石墨烯，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程并不相同。

    劉兆平介紹，石墨烯材料可以分為兩類，一類是由單層或多層石墨烯構(gòu)成的薄膜，另一類是由多層石墨烯(10層以下)構(gòu)成的微片。

    石墨烯薄膜又細(xì)分為單晶薄膜和多晶薄膜，其中，單晶薄膜可用于制造集成電路，但距離產(chǎn)業(yè)化的距離還很遙遠(yuǎn)。多晶薄膜則有望在5～10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，可替代ITO玻璃用于制造觸摸屏和其它需要透明導(dǎo)電材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

    石墨烯的另一個(gè)類別——石墨烯微片也可以細(xì)分為兩類，一類是功能化的石墨烯微片，由于擁有含氧基團(tuán)，可以應(yīng)用在藥物、檢測(cè)和催化劑等特殊領(lǐng)域。另一類是較為純粹的石墨烯微片，可用于導(dǎo)電和導(dǎo)熱等多個(gè)領(lǐng)域。

    目前，在石墨烯薄膜和石墨烯微片這兩個(gè)方向上，中國(guó)也在進(jìn)行積極探索。2012年1月8日，江南石墨烯研究院對(duì)外宣稱，手機(jī)用石墨烯電容觸摸屏在常州研制成功。這種透明的薄膜可以滿足智能手機(jī)觸摸屏的基本功能。

    不過(guò)，石墨烯要想在鋰電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化，除了石墨烯材料的低成本量化生產(chǎn)，還需要在應(yīng)用方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究和拓展。

    “石墨烯可以用于鋰離子電池正極涂層，但電池企業(yè)如果想應(yīng)用石墨烯導(dǎo)電劑，還要考慮一系列的問(wèn)題。比如按照什么樣的比例加入，才能使石墨烯應(yīng)用效果更佳；石墨烯添加的方法和順序，以及電池制造工藝的改進(jìn)等等。”徐子寒認(rèn)為，所有這些問(wèn)題如果沒(méi)有能夠得到很好的解決，石墨烯在鋰電池行業(yè)的應(yīng)用將無(wú)從談起。

    而在這方面，除了企業(yè)自己的努力，還需要國(guó)家的支持。“需要政府出臺(tái)相關(guān)政策，為應(yīng)用創(chuàng)新創(chuàng)造條件。”蔡鳳新說(shuō)。

    在蔡鳳新看來(lái)，目前國(guó)家對(duì)石墨烯的扶持力度還很不夠。“‘十二五’規(guī)劃中并沒(méi)有提到石墨烯，2012年國(guó)家發(fā)展改革委的產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造目錄，石墨烯也并沒(méi)有被列入其中。”對(duì)此他深感憂慮。

    采訪中蔡鳳新告訴記者，目前石墨烯的價(jià)值和前景已經(jīng)得到了國(guó)際上許多科學(xué)家的認(rèn)可，我國(guó)也和發(fā)達(dá)國(guó)家同處于起跑階段，如果錯(cuò)失這個(gè)機(jī)會(huì)，等幾年后國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化后，我們?cè)偃プ觯瑹o(wú)疑又將重復(fù)研發(fā)領(lǐng)先、產(chǎn)業(yè)落后的老故事。

    科技巨頭們?cè)噲D加快推進(jìn)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用。IBM、三星等已經(jīng)緊鑼密鼓地開(kāi)始了石墨烯的應(yīng)用研究，其中IBM已經(jīng)研制出了首款由石墨烯圓片制成的集成電路，而三星公司也制造出了由多層石墨烯等材料組成的透明、可彎曲的顯示屏。

    今年1月28日，歐盟委員會(huì)宣布，將對(duì)石墨烯研究進(jìn)行10億歐元的資助。風(fēng)雨飄搖的諾基亞公司獲得該項(xiàng)資助，試圖通過(guò)石墨烯材料東山再起。這也是歐盟有史以來(lái)最大的研究資助類項(xiàng)目之一。

    然而，對(duì)于中國(guó)鋰電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，他們更關(guān)注石墨烯材料在鋰電池方面研究的現(xiàn)狀和在鋰電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的可能性。

    “目前已有不少鋰電池企業(yè)向我求證和咨詢過(guò)石墨烯在鋰電池研究方面的進(jìn)展。”

    徐子寒認(rèn)為目前石墨烯在鋰電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的條件尚不成熟，手機(jī)觸摸屏將會(huì)成為第一個(gè)率先打開(kāi)的市場(chǎng)。

    “值得高興的是，國(guó)家工信部?jī)?nèi)部正在商討準(zhǔn)備出臺(tái)高新材料重大研究計(jì)劃，石墨烯作為最有潛力的高新材料，可能會(huì)在后續(xù)的國(guó)家相關(guān)政策中得到扶持。”康飛宇教授透露，即便是有政策有支持，石墨烯在鋰電池領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化道路依然漫長(zhǎng)，起碼5年內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。