（动力）电池主要公开技术汇总

石墨烯是一种从石墨中剥落的、以SP2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有极其优异的导电和导热性能，是目前已知导热系数最高的物质，在锂电池中使用可以大大降低电池内阻，提升倍率性能，并且能够提高电极材料的热传递，提高电池的稳定性和安全性能。
石墨烯分子结构片段

但由于石墨烯的二维平面结构，会产生“位阻效应”，从而大大阻碍Li+的迁移，导致电池功率性能恶化，通常认为当石墨烯片径小于活性物质或与活性物质相当时，其对Li+的位阻效应才可以忽略不计，然而当石墨烯片径减小时，其优异的导电性和导热性能将无法充分发挥，也就大大弱化了石墨烯的优势。
目前将石墨烯融入电池产业，主要有两个方向，一是作为导电添加剂，二是作为负极主材料。假如动力电池将石墨烯作为导电添加剂，虽能勉为其难接受其成本，但对电池的性能提高其实并不大，而如果作为负极主材料，电池造价将非常高，恐怕没人愿意买单。
根据广汽埃安披露的8分钟充电80％的性能数据，初步判断电池满足5C～6C持续充电，这对于不采用石墨烯的锂电池而言亦不是难事。综上，广汽埃安宣称的石墨烯电池似乎并非直接以石墨烯作为负极主材料的技术革命，而更像是以石墨烯作为导电添加剂加入负极配方中一次商业行为。
8 掺硅补锂电池
2021年1月13日，由上汽集团、张江高科和阿里巴巴共同打造的智己汽车在上海举行全球品牌发布会，发布了高端智能纯电动汽车品牌-IM智己。
据悉，本次发布的一款纯电动轿车和一款纯电动SUV均搭载了智己汽车和宁德时代共同研制的掺硅补锂电池，该电池单体能量密度高达300Wh/kg，系统能量密度240Wh/kg，续航里程最高可达1000km。
智己汽车品牌发布会现场图

“掺硅补锂”是针对高能量锂离子电池的配套技术，随着人们对电池能量密度的更高追求，一种全新的Si负极材料受到广泛研究，相比于常规的石墨负极，硅的容量是石墨的十倍以上，意味着仅需使用10%wt的硅材料，就能达到石墨相同的容量水平，从而能够大幅减轻电池的质量。然而，当硅和锂完全合金化后，其膨胀高达300%，是常规石墨的30倍左右，因此，在锂电池的首次充电过程将会在硅表面形成更大面积的SEI膜，从而产生更多活性锂损失。
由于硅的膨胀太大，通常难以单独应用到锂电池中，而是和石墨掺混形成混合负极，即使掺杂的硅很少，也会对负极首次效率造成较大劣化，往往得不偿失，因而针对掺硅负极的补锂技术应运而生，通过为电化学体系提供额外的锂源来形成SEI膜，从而将硅材料的高容量优势彻底发挥出来。
锂金属直接接触负极补锂示意图

目前主流的负极补锂技术包括：短路法、电化学法和化学法。

1）短路法
将负极片直接和锂金属（锂箔或锂粉）接触，在电解液环境中，锂金属和负极材料的电势差导致电子定向移动，锂金属产生的Li+释放到电解液中，为保持电荷平衡，电解液中的Li+会嵌入负极材料中。
2）电化学法
将锂金属和负极片组装成半电池，然后对半电池进行放电，负极片的锂化程度可以通过电流和电压控制，最后将预嵌锂的负极片拆解下来再与正极片组装成全电池。
3）化学法
用低电势的含锂化学试剂与负极材料发生化学反应，对其进行还原实现补锂，此种方法制备的锂化试剂具有很高的化学活性，必须使用无水溶剂并在干燥的气氛下进行。
尽管掺硅补锂所带来的效果是显著的，但是硅材料固有的膨胀特性将会严重恶化电池循环性能，且各种补锂工艺目前均不太成熟，还存在相关的补锂配套设备开发问题、高活性锂金属的安全问题、锂化程度的定量控制问题等。
9 钠离子电池

2021年7月29日，宁德时代举办钠离子电池发布会，发布了其第一代钠离子电池并首次亮相了锂钠混搭电池包。据悉，本次发布的钠离子电池单体能量密度可达160Wh/kg，常温充电15min，电量可达80%以上，即使在-20℃低温环境下放电，其保持率也可达到90%以上。
宁德时代第一代钠离子电池和磷酸铁锂电池性能对比图

钠离子电池是对锂离子电池革命性的技术，主要的区别包括将正极材料替换为钠离子体系，负极材料替换为硬碳或软碳，集流体铜箔替换为铝箔，但钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，是依靠Na+在正、负极材料之间嵌入、脱出实现电荷转移，也可以称之为“摇椅式电池”。
钠离子电池工作原理

由于电荷载体由Li+替换为Na+，因此正极材料可采用含钠过渡金属氧化物NaxMO2（M=Co、Fe、Mn、Ni等）、普鲁士蓝类似物（含高Na，白色，也可称普鲁士白）NaxMa[Mb(CN)6]（Ma、Mb=Fe、Mn等），如铁基普鲁士白Na2Fe[Fe(CN)6]、锰基普鲁士白Na2Mn[Fe(CN)6]、锰基高锰普鲁士白Na2Mn[Mn(CN)6]、聚阴离子化合物等，电解液由锂盐替换为钠盐，由于Na+半径（0.102nm）比Li+半径（0.076nm）大，Na+无法嵌入常规石墨负极层间，因此钠离子电池负极材料需要采用层间距更大、孔隙结构更丰富的碳材料进行储钠，但由于Na+在低电位下无法嵌入Al的晶格中，因此钠离子电池可以采用铝箔作为负极集流体，可以在一定程度上降低成本和提高能量密度。