正道动力锂电池电动汽车发展的正道？石墨烯电池技术|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

电动汽车发展的正道？石墨烯电池技术

[XCAR 科技原创]

石墨烯是最近一两年非常火热的概念，它已经逐渐取代“纳米材料”，成了商家热炒、媒体报道、老百姓不知所云的又一种高科技。有关石墨烯手机、石墨烯电池之类的报道层出不穷，普通人常常被“充电十分钟能跑1000公里”、“中东油霸要完“之类的标题所吸引，但是读罢依然不知道石墨烯到底是个什么鬼。

要了解石墨烯，就要从石墨烯被发现的过程说起。

2004年，英国曼彻斯特大学的物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。他们的制备方法听起来非常不可思议，没有用到什么高大上的精密仪器，而是撕胶带撕出来的。

这两位科学家将石墨薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。重复N次之后，薄片越来越薄，最终撕剩下的是仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。当然，个中过程显然没有我们说得那么轻松，要知道1毫米厚的石墨片大约包含300万层石墨烯。撕胶带撕出一个诺贝尔奖，这两位科学家可真太会玩了，跟他们比起来，撕名牌撕兄弟什么的全都弱爆了。

从石墨烯被发现的过程里，我们可以了解到石墨烯最突出的一个特点，仅由一层碳原子组成。也就是说，石墨烯是一种网状的二维材料，而且这张网的厚度仅仅相当于一个碳原子的直径。同时，这张网上的每一个网格都是正六边形，正六边形的每一个角上都是一个碳原子。石墨烯的结构并不复杂，不过科学家告诉我们，得益于这些特点，石墨烯是目前世上最薄却也是最坚硬的材料，几乎完全透明。同时它的导电性和导热性极强，是目前世上电阻率最小的材料。

众多的优点决定了石墨烯是一种前景极为广阔的材料，在各行各业都能得到应用。在电动汽车领域，石墨烯材料除了能够降低车身重量，更受关注的应用是利用其优良的导电性来提高动力电池的性能。但是在此之前，首先要解决的是石墨烯的制造问题。

一般来说，石墨烯的制造方法包括机械剥离法、氧化还原法、溶剂剥离法，以及化学气相沉积法(CVD)。

机械剥离法是一种纯物理的手段，比如最初发现石墨烯时撕胶带，就是一种机械剥离法。这种方法的缺点是生产率极低，无法应用于大规模生产。

氧化还原法成本较低，是目前制造石墨烯的最主要方法。不过这种方法在制造过程中会用到大量的浓硫酸，大概1000吨浓硫酸才能制得1吨石墨烯，同时会产生大量的废酸，对环境造成严重的污染。

溶剂剥离法和化学气相沉积法（CVD）比较复杂，其原理太过专业（我才不会承认是我没看明白），这里就不跟大家细说了。这两种方法的共同的缺点是成本较高。

目前国内石墨烯行业看似火热，但是很大程度上是依赖氧化还原法这种粗放、不环保的方法，来获取成本相对低廉的石墨烯。类似的情况我们已经见识过很多次了，比如光伏产业，最后的产品是环保的，但是在制造过程中会产生大量的污染，所以国外的产量不大，中国企业一看有利可图，就一窝蜂上马光伏项目，最后中国以牺牲自己的环境为代价向世界提供了廉价的太阳能面板。在石墨烯行业，中国的企业又要再次发扬这种国际主义精神了吗？

从小我们就被教育，要走可持续发展之路，不能先污染后治理。道理大家都懂，但到了现实当中，依然是每天被污染包围。石墨烯行业不能再重蹈覆辙了，得走一条无污染的正道。那石墨烯行业的正道是什么呢？

科学技术是第一生产力，也是发展石墨烯的正道。中国的石墨烯行业虽然火热，但研究水平并不高。不过，现在的很多中国企业是不差钱的，既然外国人能买咱们的资源，那咱们也能买他们的技术。总部位于香港的正道集团就正在做这件事。

正道集团目前还不为人所知，但是其幕后掌舵者仰融在中国汽车界可是一位传奇性的人物。仰融的正道集团将目标瞄准了当前正火爆的电动汽车，但与那些热衷于大Pad的竞争者不同，正道集团并不突出互联网元素，它的核心在于其石墨烯电池技术。

正道集团的石墨烯技术得益于与顶尖学术机构的合作，它与美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）合作建立了UCLA-正道石墨烯研究中心。这一合作的成果就是以天然气为原料，利用化学气相沉积法（CVD）制造石墨烯，这是一种真正环保的低成本、单层石墨烯大规模量产工艺及技术。

有了先进的石墨烯制造技术，正道集团可以说已经拿到了通向电动汽车未来的钥匙。而在应用层面，正道集团正在加快把石墨烯和传统动力电池相结合的步伐。

在电池技术上，正道集团所选择的技术路线是先发展较为成熟的钛酸锂电池；然后以石墨烯对其加以改进，开发出钛酸锂石墨烯电池；最后研发出更加先进的石墨烯锂硫电池。

钛酸锂电池

正道集团目前的电池产品主要是钛酸锂电池。和常见的磷酸铁锂电池、三元锂电池相比，钛酸锂电池的优势在于：循环寿命长，超过35000次，其它锂电池则小于5000次；工作温度范围广，在-30℃的环境中依然能正常工作；快充能力强，70kWh的电池只需10分钟即可100%充满。但是钛酸锂电池也有其缺点，那就是能量密度低，只能达到80Wh/kg，而三元锂电池的能量密度已经超过了150Wh/kg。

基于钛酸锂电池的特点，正道集团在现阶段主要发展纯电动公交车。它们的纯电动公交车不走寻常路，电池电量为70kWh，续航里程仅有50km上下，可供公交车行驶完单程线路。抵达终点后，利用直流快充桩10分钟充满电，就可重新上路了。

这种设计对电池电量要求低，一方面有效降低了纯电动公交车的采购成本，要知道，续航250km的电动公交车价格一般在200万元以上；另一方面，减少了电池所占用的重量和空间，提高了电动公交车的载客量。同时，这样一来也规避了钛酸锂电池能量密度低的缺点，充分发挥了其循环寿命长、快充能力强的优势。

国家目前对大功率充电站有很多补贴。按照正道集团的设计，在公交车的终点站需要建一座含3个充电桩、6个充电枪的充电站。建站的成本大约是300多万元，而国家的补贴可以达到200多万元，客户只需要花费几十万元。

钛酸锂石墨烯电池

正道集团已经利用其石墨烯技术方面的优势，对钛酸锂电池加以改进，成功开发出石墨烯增强钛酸锂电池。这种电池能量密度增加到了120Wh/kg，快速充电时间则大幅缩短了70%，低温条件下的性能也进一步增强。

石墨烯锂硫电池

锂硫电池是以硫作为正极材料的一种电池，其理论能量密度高达2600Wh/kg。不够，由于硫的导电性差等原因，锂硫电池还存在许多问题。不过，在其中加入石墨烯之后，锂硫电池的能量密度虽然有所降低，但存在的问题都能得到有效的解决，石墨烯锂硫电池或许就是电动汽车的终极解决方案。

在石墨烯锂硫电池的研发上，正道集团与美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）合作建立的UCLA-正道石墨烯研究中心再次发挥了巨大的作用，该中心目前已经制造出了石墨烯锂硫电池样品，能量密度达到了300 Wh/kg。

在今后几年之内，正道集团的石墨烯锂硫电池的能量密度还将持续提升。以此为基础，正道集团也将进入乘用车领域，在2018-2020年正式推出采用增程式混合动力的轿车和SUV产品。

编辑点评 ：电池是电动汽车的核心，也是解决里程焦虑问题的关键。目前三元锂电池、磷酸铁锂电池的进步是一种量变，而石墨烯电池带来的则将是质变。在众多企业的推动之下，这种质变有望早日到来。

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解析正道汽车增程式混动系统

豪华电动汽车H600正式亮相于3月7日的日内瓦车展，也是正道汽车首次对外亮相，它标志着中国汽车工业传奇人物仰融在汽车行业的回归。我们之前已经对正道汽车做了很多分析与报道，所以关于正道汽车这里就不再赘述。

本届上海车展，正道汽车带来3款新能源概念车，分别是豪华轿车H600、5座SUV K550、7座SUV K750。如标题所示，这篇文章是正道汽车“技术解毒”，由于以上三款车采用的是同一套被正道汽车冠以“微型涡轮发电机+超级电池”的黄金动力组合，所以我们重点对动力总成系统进行技术解析。

不谈“疗效”的技术不是好技术，所以，我们先从这3款车的性能说起：

H600

1、极速250公里/小时

2、百公里加速2.9秒

3、驱动电机最大功率600千瓦（816马力）

4、NEDC混合工况超过1000公里续航里程

K550

1、极速250公里/小时

2、百公里加速小于5秒

3、驱动电机最大功率超过500千瓦（680马力）

4、NEDC混合工况超过1000公里续航里程

K750

1、极速250公里/小时

2、百公里加速小于5秒

3、驱动电机最大功率超过500千瓦（680马力）

4、NEDC混合工况超过1000公里续航里程

正道三款概念车采用了增程式混动系统，原理与一般的增程混动系统一样，即发动机负责发电不参与驱动，车载储能装置给驱动电机供电，驱动电机则负责驱动车轮行驶。不过，正道汽车的不同点在于，它没有采用发动机来发电，而是“微型涡轮发电机”，储能装置被正道称为“超级电池”。

什么是“微型涡轮发电机”？

涡轮发电机是功能命名，行业术语叫燃气涡轮发动机，一般称为燃气轮机。

广义上的燃气轮机是一种原理与活塞式发动机类似，同样是通过进气-压缩-燃烧-做功的四个行程，两者的进气环节基本类似，但是燃气轮机的空气并非进入气缸，而是经过一个叶片式压缩机进行压缩，然后再进入燃烧室，在燃烧室与燃油混合之后会被点燃，燃烧排出的气体经过涡轮，推动涡轮转动，从而产生动力。狭义的燃气轮机指的是用在船舶、特殊车辆（比如坦克、工程车等）和发电机组上的发动机，飞机上的发动机都属于燃气轮机，只不过会根据组成部件有更具体的分类，比如涡扇发动机、涡轴发动机等等。

一般在设计汽车用的燃气轮机时，都会将一个发电用的电动机集成在一起，这就是“涡轮发电机”名称的来源。

正道的“微型涡轮发电机”怎么样？

相比传统发动机，正道的微型涡轮发电机体积小、重量轻，只有65公斤，输出功率稳定，均衡输出60千瓦，由于是涡轮驱动，正道的涡轮发电机最高转速可以达到每分钟10万转，设计寿命长达5万小时，热效应高达40%。另外，40%热效应似乎与内燃机持平没什么特别？那就错了，根据正道汽车的资料显示，借助其中的换热器还可以实现对多余的热力的循环利用，将综合热效率提升至80%左右，这就十分恐怖了。

除了这些凸出特性，加上出色的动能回收系统，能量回收率达到30%，使得正道三款新能源汽车综合续航在1000公里以上，综合油耗却不到5L。由于这套增程器零部件少、结构简单、缸内无摩擦，无需额外散热与润滑系统，这给日常保养提供很大方便。

据悉，正道微型涡轮发电机为“可选”燃料系统，包括汽油、柴油、乙醇、天然气等多种燃料，都能带动“增程器”高效运转。

（涡轮发电机剖面图）

从结构图上可以看出，发电机位置位于进气道的中间，这么设计的目的，使得进入压缩器的新鲜冷空气能够提前对发电机进行冷却。另外，发电机、压缩器与涡轮都由同一根轴连起来，当燃烧室排出的气体推动涡轮旋转时，涡轮的转动会同步带动同轴的压缩机与发电机运转。

（涡轮发电机工作原理图）

从原理图可以看出，新鲜的冷空气从进气道进入，被压缩器压缩成高压冷却气体，接着在换热器被高温排气进行“加热”，较高温度的进气在燃烧室与燃油燃烧，产生的高温高压气体推动涡轮机运转，排出的高温气体再回到换热器给进气加热，排出的高温气体可以供热，或者直接排出。另外，涡轮机工作的同时，压缩器与发电机同步工作，发电机输出的是高频交流电，所以，通常根据不同负载设备接入不同的转换器。

相比传统增程器，微型涡轮增程器的优点是布局紧凑与效率高等优势，不过，也是由于紧凑，还有转速太高，使得这套增程器的散热是个问题，尤其是涡轮、压缩器与转子同轴固定。其实，电动君之前在主机厂时也见过类似装置，但是因为散热、质量与稳定性差等因素，使之看起来美好量产却很难，负责这个项目的德国工程师还在年复一年的调试中。另外，英国的阿斯顿·马丁也曾研究过这个技术，并在一款超级跑车上测试，但以失败告终。所以，正道宣称2020年能够将这套增程器量产并应用在正道这三款新车上，电动君还是保持怀疑态度的。

“超级电池”怎么个超级法？

正道汽车的电池是以成熟的钛酸锂电池为基础，功率密度为80Wh/kg左右，加入石墨烯改良成石墨烯钛酸锂电池，功率密度提高到150Wh/kg，这功率密度似乎谈不上超级。2016年，有媒体报道正道汽车与美国加州大学合作研发出了石墨烯锂硫电池，功率密度达到300Wh/kg，这应该就是正道汽车宣称的超级电池。

正道表示，石墨烯超级电池是目前世界上最安全的电池之一，无一例失火爆炸，工作温度范围在-40摄氏度至55摄氏度之间，同时具备超长的循环寿命，可持续充放电高达5万次与1万小时免维护，而且可以进行50C大倍率瞬间充放电，只需10到15分钟即可充满，这也是为什么整备质量1850千克的H600百公里加速只要2.9秒。

虽然钛酸锂电池比较成熟，也有应用案例，比如董明珠梦寐以求的珠海银隆，但是，目前业内很多对石墨烯的研究基本停留在实验室阶段。所以，以钛酸锂为基础，再融合石墨烯的超级电池性能的确强悍，不过，由于这三台概念车都未量产，还有公众对石墨烯的严重怀疑，显然，正道的超级电池想获得认可，必须提供更多实例证明，就像刚刚刷新“纽北”量产车圈速记录的蔚来EP9。

一般，新能源车企在宣传时总会强调自己掌握了“三电”核心技术，而正道则掌握了“四电”技术：电机、电池、电控与增程器，通过上面的分析，与行业其它车企那重合度很高的“三电”技术相比，正道的电池与增程器技术的确有独到之处。可能有“电粉”会问：那正道的电机与电控技术咋样呢？

根据目前电动君搜集到的资料，只能确定正道汽车电机系统采用了四轮驱动与全轮扭矩矢量控制系统，它能够根据不同工况分别控制四个车轮的扭矩输出，进而对整车动力输出进行智能优化控制。根据这个介绍，一般会判定它采用了四个小电机并自带“变速箱”以驱动四个车轮，但是从网上找到一张正道汽车的透视图，似乎并非如此，所以，由于缺乏更多介绍资料，这里也就不方便过多解读。

最后就是整车电控技术，因为正道这套动力总成是“增程式混动系统”，融合了微型涡轮发电机、动力电池、驱动电机、行驶工况与运行条件，所以，它的VCU设计相比一般燃油汽车与纯电动汽车设计更加复杂，尤其是控制策略，它要求控制算法更加成熟可靠。另外，从正道这三款车的前排到后排，有5、6个屏幕之多，这种设计非常罕见，由于正道汽车定位偏商务，一方面它能提高车厢的“科技感”，另一方面，正道表示根据需要，可以灵活、无缝地搭载各种ADAS功能模块，表明这套车载系统不仅复杂还足够先进，已经提前为自动驾驶等功能预留接口模块。

不过，还是那句话，从动力总成详细技术介绍，到具体应用实例与体验等方面，正道汽车给大家的印象始终保持一种神秘感。所以，它的超级电池是否存在？微型涡轮发电机稳定性到底如何？电驱动架构是不是四电机四驱？车机系统真有那么先进？这些问题的模糊性，导致业内对正道汽车持怀疑态度居多。