華為Mate8的石墨烯電池是怎么回事？

     smtsh.cn/ target=_blank class=infotextkey>上海pcb設(shè)計公司-緯亞電子：華為Mate8發(fā)布會開始前，微博上就出現(xiàn)了這樣一條預(yù)告——華為Mate8將使用石墨烯電池。緊接著“石墨烯電池已經(jīng)研發(fā)成功，并且已經(jīng)商用化應(yīng)用在華為Mate8智能手機上了”的消息在互聯(lián)網(wǎng)上不脛而走——在Mate8發(fā)布前釋放半真半假的消息，以猶抱琵琶半遮面的形式使華為Mate8手機也隨著石墨烯電池消息的傳播而備受關(guān)注。

然而，我們都知道，事實上Mate8并沒有采用石墨烯電池（原因下文會提到），但是這也給了我一個聊一聊石墨烯電池的機會。

石墨烯電池并非顛覆性革命

所謂石墨烯電池并非整個電池都用石墨烯材料制作，而是在電池的電極使用石墨烯材料。

石墨是目前鋰離子電池中常用的負極材料，充電時，Li嵌入到石墨層間形成插層化合物，Li完全嵌入時，每個石墨層都嵌入一層Li，對應(yīng)化合物L(fēng)iC6，理論比容量為372mAh/g。當(dāng)每片單層石墨都以雜亂無章的方式排列，則在單層石墨的兩側(cè)表面都可以結(jié)合Li，理論比容量提高了一倍，即744mAh/g。由于石墨烯的缺陷位、片層邊緣及石墨烯堆積形成的微孔結(jié)構(gòu)都可以存儲Li。因此，在理論上石墨烯電極可能有超過石墨兩倍的比容量。（編者注：看不懂的看這句話就夠了==）

如果將石墨烯和SnO2，Mn3O4，CuO等電導(dǎo)率比較低的正極、負極納米材料進行復(fù)合，如Li4Ti5O12、TiO2、LiFePO4等，就能提高鋰離子電池的循環(huán)性能。中科院金屬研究所在PNAS發(fā)表論文，將正極材料LiFePO4和負極材料Li4Ti5O12分別與石墨烯復(fù)合，制備了LiFePO4-石墨烯/Li4Ti5O12-石墨烯為電極的具有高充放電速率的柔性鋰離子電池，石墨烯作為鋰離子及電子的通路，同時起到了導(dǎo)電添加劑和集流體的作用。

另外，如果將石墨烯和炭黑混合后作為導(dǎo)電添加劑加入鋰電池可以有效降低電池內(nèi)阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命，而且電池的彎折對充放電性能沒有影響。

因此，電極采用石墨烯材料后，使電池具備高充放電速率是石墨烯電池具備快速充電的原因，相對于華為、高通、步步高通過大電流密度下充放電實現(xiàn)快速充電的做法，采用石墨烯電極材料實現(xiàn)快速充電并不會像前者那樣削減電池壽命。因為石墨烯電池中的儲能物質(zhì)依舊是鋰離子，所以石墨烯電池并非像網(wǎng)絡(luò)流傳的那樣是對鋰電池的顛覆。

那么，Mate8說采用石墨烯電池是怎么回事？

Mate8并未采用石墨烯電池

在市場壓力之下，華為的轉(zhuǎn)型做得徹底，也優(yōu)效率——通過線上搶購，建立粉絲團等手法，使華為的網(wǎng)絡(luò)關(guān)注度不斷提升，“花粉”在網(wǎng)絡(luò)上更是形成了不亞于“米粉”的傳播能力，華為歷次新品發(fā)布中都少不了花粉和網(wǎng)絡(luò)營銷公司的身影——在正反兩方的爭論中吸引流量和眼球，使華為獲得日常無法企及的關(guān)注度。

本次微博上流傳出華為Mate8將使用石墨烯電池的消息，就是華為典型的網(wǎng)絡(luò)營銷案例——通過自媒體的虛假消息成功使Mate8還未發(fā)布就獲得了非常大的輿論關(guān)注度。

而好的證據(jù)就是華為和曼切斯特大學(xué)關(guān)于石墨烯技術(shù)的合作著眼于通信領(lǐng)域，而非石墨烯電池。而余承東在兩個多小時的發(fā)布會上對石墨烯電池只字不提，更證明了Mate8并沒有采用石墨烯技術(shù)，否則以余承東以往的言行，自然不會放過這么好的營銷點。

華為快沖技術(shù)的廬山真面目

既然華為Mate8并沒有采用石墨烯技術(shù)，發(fā)布會上的快速充電又是怎么回事呢？

據(jù)相關(guān)信息了解到，華為Mate8采用的是改良的聚合物技術(shù)，電芯源自索尼和ATL，封裝是飛毛腿和欣旺達，快速充電芯片購買自德州儀器，充電協(xié)議是華為自家的。在解釋華為快速充電技術(shù)前，先介紹高通和步步高的快速充電技術(shù)。

早先的鋰電池，大電流密度下充放電對電池壽命損失很大。近年來，雖然鋰電池的能量密度提升有限，但在相同壽命的情況下，大電流密度下充電提升了不少。

高通的QuickCharge充電采用調(diào)整充電器的輸出電壓，使之獲得設(shè)備允許的安全高充電電壓，在保護充電設(shè)備的前提下節(jié)省充電時間。

比如原來用的電壓和電流為5V、1A/2A，但高通QC快速充電用電壓和電流為9V、2A/12V、1.67A，因為功率變大了，充電速度自然變快了。

而步步高的VOOC快速則是采用加大電流的辦法，雖然電壓依舊是5V，但電流提升到5A，功率提升后充電自然變快。

華為的做法和高通類似，電壓和電流分別采用9V、2A，而Mate8快速充電的奧妙就在于此。相對于步步高的VOOC，高通的QC和華為的快速充電具有成本更低的優(yōu)勢，因microUSB只能夠承受2A的電流，所以充電接口和主板線路都要進行改造，還使用了并聯(lián)電池，成本會因此有所提升。

相對于提升電壓或電流的做法，石墨烯電池的快速充電就更有技術(shù)美感。

石墨烯電池離大規(guī)模商用尚需時日

石墨烯電池技術(shù)前景到底如何還是值得商榷的——墨西科技已經(jīng)將石墨烯的制造成本從每克5000元降至每克不足3元，并開發(fā)出石墨烯導(dǎo)電漿料和導(dǎo)電添加劑等用于鋰電池和超級電容器的產(chǎn)品，而且使用石墨烯電池的手機早已問世。

今年上市的一款名為“開拓者α”的手機就采用由中科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院和中科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所開發(fā)的石墨烯觸摸屏、電池和導(dǎo)熱膜等新材料，手機觸控屏幕不偏色不泛黃，色彩真實、純凈，通透性也比傳統(tǒng)屏幕好，手機充電速率提高了40%，電池壽命延長了50%，電池的能量密度也增加10%。

從中可以看出，采用石墨烯材料的電極雖然大幅提升了電池壽命和電池充電速度，但因石墨烯材料本身具有的高比表面積等性質(zhì)與現(xiàn)在的鋰離子電池工業(yè)的技術(shù)體系無法兼容，能量密度并沒有實現(xiàn)理論上的翻倍，僅僅提升了10%。

在采用石墨烯技術(shù)后，“開拓者α”手機的價格更是“感人”，以至于毫無性價比可言——采用5.5英寸1080p屏幕，搭載驍龍64位四核處理器，內(nèi)置2GBRAM+16GBROM存儲組合，前置500萬+后置800萬像素攝像頭，支持中移動4G網(wǎng)絡(luò)——雖然石墨烯原材料的制造成本不高，但技術(shù)應(yīng)用的成本著實不低，以至于開拓者α相當(dāng)于千元機的配置，售價卻高達2499元。

因此，雖然石墨烯電池的能量密度在理論上能得到大幅提升，但以現(xiàn)今的技術(shù)水平，實際應(yīng)用中能量密度提升非常有限。網(wǎng)絡(luò)上流傳的關(guān)于“石墨烯電池充電10分鐘跑1000公里；采用石墨烯電極的新型電池的比功率為100kW/kg，比商業(yè)鋰離子電池高100倍。”

以當(dāng)今的技術(shù)水平而言，這些神乎其技的描述還只能存在于理論上，其噱頭意義遠大于實用價值。這些說法在網(wǎng)絡(luò)上能夠廣為流傳，更多的是一些企業(yè)以石墨烯為噱頭進行炒作提升股價或是從事資本運作，而內(nèi)真正從事石墨烯行業(yè)的和科研機構(gòu)目前大多處于巨額投資的燒錢過程中，還遠遠未到技術(shù)成熟到可以大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的階段。

結(jié)語

從現(xiàn)今石墨烯技術(shù)的實際應(yīng)用來看，采用石墨烯材料的電極確實能提升鋰電池的充放電速率和鋰電池的壽命，但對大幅提升電池的能量密度還力有不逮。而相對較高的成本和相對有限的性能提升會使搭載石墨烯電池的手機缺乏市場競爭力。因此，以現(xiàn)階段的技術(shù)水平來看，除非整機制造商良心發(fā)現(xiàn)，手機普遍采用石墨烯電池尚需時日。