石墨烯是一種從石墨中剝落的、以SP2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料，具有極其優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，是目前已知導(dǎo)熱系數(shù)最高的物質(zhì)，在鋰電池中使用可以大大降低電池內(nèi)阻，提升倍率性能，并且能夠提高電極材料的熱傳遞，提高電池的穩(wěn)定性和安全性能。
石墨烯分子結(jié)構(gòu)片段

但由于石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生“位阻效應(yīng)”，從而大大阻礙Li+的遷移，導(dǎo)致電池功率性能惡化，通常認為當(dāng)石墨烯片徑小于活性物質(zhì)或與活性物質(zhì)相當(dāng)時，其對Li+的位阻效應(yīng)才可以忽略不計，然而當(dāng)石墨烯片徑減小時，其優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能將無法充分發(fā)揮，也就大大弱化了石墨烯的優(yōu)勢。
目前將石墨烯融入電池產(chǎn)業(yè)，主要有兩個方向，一是作為導(dǎo)電添加劑，二是作為負極主材料。假如動力電池將石墨烯作為導(dǎo)電添加劑，雖能勉為其難接受其成本，但對電池的性能提高其實并不大，而如果作為負極主材料，電池造價將非常高，恐怕沒人愿意買單。
根據(jù)廣汽埃安披露的8分鐘充電80％的性能數(shù)據(jù)，初步判斷電池滿足5C～6C持續(xù)充電，這對于不采用石墨烯的鋰電池而言亦不是難事。綜上，廣汽埃安宣稱的石墨烯電池似乎并非直接以石墨烯作為負極主材料的技術(shù)革命，而更像是以石墨烯作為導(dǎo)電添加劑加入負極配方中一次商業(yè)行為。
8 摻硅補鋰電池
2021年1月13日，由上汽集團、張江高科和阿里巴巴共同打造的智己汽車在上海舉行全球品牌發(fā)布會，發(fā)布了高端智能純電動汽車品牌-IM智己。
據(jù)悉，本次發(fā)布的一款純電動轎車和一款純電動SUV均搭載了智己汽車和寧德時代共同研制的摻硅補鋰電池，該電池單體能量密度高達300Wh/kg，系統(tǒng)能量密度240Wh/kg，續(xù)航里程最高可達1000km。
智己汽車品牌發(fā)布會現(xiàn)場圖

“摻硅補鋰”是針對高能量鋰離子電池的配套技術(shù)，隨著人們對電池能量密度的更高追求，一種全新的Si負極材料受到廣泛研究，相比于常規(guī)的石墨負極，硅的容量是石墨的十倍以上，意味著僅需使用10%wt的硅材料，就能達到石墨相同的容量水平，從而能夠大幅減輕電池的質(zhì)量。然而，當(dāng)硅和鋰完全合金化后，其膨脹高達300%，是常規(guī)石墨的30倍左右，因此，在鋰電池的首次充電過程將會在硅表面形成更大面積的SEI膜，從而產(chǎn)生更多活性鋰損失。
由于硅的膨脹太大，通常難以單獨應(yīng)用到鋰電池中，而是和石墨摻混形成混合負極，即使摻雜的硅很少，也會對負極首次效率造成較大劣化，往往得不償失，因而針對摻硅負極的補鋰技術(shù)應(yīng)運而生，通過為電化學(xué)體系提供額外的鋰源來形成SEI膜，從而將硅材料的高容量優(yōu)勢徹底發(fā)揮出來。
鋰金屬直接接觸負極補鋰示意圖

目前主流的負極補鋰技術(shù)包括：短路法、電化學(xué)法和化學(xué)法。

1）短路法
將負極片直接和鋰金屬（鋰箔或鋰粉）接觸，在電解液環(huán)境中，鋰金屬和負極材料的電勢差導(dǎo)致電子定向移動，鋰金屬產(chǎn)生的Li+釋放到電解液中，為保持電荷平衡，電解液中的Li+會嵌入負極材料中。
2）電化學(xué)法
將鋰金屬和負極片組裝成半電池，然后對半電池進行放電，負極片的鋰化程度可以通過電流和電壓控制，最后將預(yù)嵌鋰的負極片拆解下來再與正極片組裝成全電池。
3）化學(xué)法
用低電勢的含鋰化學(xué)試劑與負極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對其進行還原實現(xiàn)補鋰，此種方法制備的鋰化試劑具有很高的化學(xué)活性，必須使用無水溶劑并在干燥的氣氛下進行。
盡管摻硅補鋰所帶來的效果是顯著的，但是硅材料固有的膨脹特性將會嚴重惡化電池循環(huán)性能，且各種補鋰工藝目前均不太成熟，還存在相關(guān)的補鋰配套設(shè)備開發(fā)問題、高活性鋰金屬的安全問題、鋰化程度的定量控制問題等。
9 鈉離子電池

2021年7月29日，寧德時代舉辦鈉離子電池發(fā)布會，發(fā)布了其第一代鈉離子電池并首次亮相了鋰鈉混搭電池包。據(jù)悉，本次發(fā)布的鈉離子電池單體能量密度可達160Wh/kg，常溫充電15min，電量可達80%以上，即使在-20℃低溫環(huán)境下放電，其保持率也可達到90%以上。
寧德時代第一代鈉離子電池和磷酸鐵鋰電池性能對比圖

鈉離子電池是對鋰離子電池革命性的技術(shù)，主要的區(qū)別包括將正極材料替換為鈉離子體系，負極材料替換為硬碳或軟碳，集流體銅箔替換為鋁箔，但鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池類似，是依靠Na+在正、負極材料之間嵌入、脫出實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移，也可以稱之為“搖椅式電池”。
鈉離子電池工作原理

由于電荷載體由Li+替換為Na+，因此正極材料可采用含鈉過渡金屬氧化物NaxMO2（M=Co、Fe、Mn、Ni等）、普魯士藍類似物（含高Na，白色，也可稱普魯士白）NaxMa[Mb(CN)6]（Ma、Mb=Fe、Mn等），如鐵基普魯士白Na2Fe[Fe(CN)6]、錳基普魯士白Na2Mn[Fe(CN)6]、錳基高錳普魯士白Na2Mn[Mn(CN)6]、聚陰離子化合物等，電解液由鋰鹽替換為鈉鹽，由于Na+半徑（0.102nm）比Li+半徑（0.076nm）大，Na+無法嵌入常規(guī)石墨負極層間，因此鈉離子電池負極材料需要采用層間距更大、孔隙結(jié)構(gòu)更豐富的碳材料進行儲鈉，但由于Na+在低電位下無法嵌入Al的晶格中，因此鈉離子電池可以采用鋁箔作為負極集流體，可以在一定程度上降低成本和提高能量密度。