從軟碳材料看中油換電機車2-軟碳材料特性與Gogoro電池差別

中油軟碳電池與Gogoro電池差別

首先，要先知道，鋰電池有正極和負極，Gogoro的電池負極採用石墨，中油的電池採用軟碳，就是它們的差別。

照中油放出來的資料，可以知道中油的軟碳電池，容量較小、膨脹率低、壽命好、快充/快放的能力比較好。

石墨與軟碳的結構差異

石墨和軟碳，都是碳組成的，只差在結構上的不同。

石墨就是碳以完整的層狀結構排列，一整塊都是層狀，宏觀來看都是層狀。

軟碳在狹窄範圍內，也是接近層狀排列，但宏觀來看，就不是完整的層狀。

為了比較好說明，後面就使用簡易版示意圖。

軟碳的快充/快放能力

要談軟碳可以快充，而石墨無法，要從雙方的儲鋰機制談起，去看它們是如何儲存鋰離子。

儲鋰機制有很多種，學界也沒有完全探明，這邊只談幾個容易說明，快充能力差別的方向，用語也是以方便理解為主，不會敘述真正的機制，有真正的行家，也請糾正。

石墨主要的儲鋰機制為層間插嵌(綠球)，鋰離子一個個嵌入石墨層間。

軟碳的儲鋰機制，除了層間插嵌(綠球)，還有表面/邊緣吸附(紅球)，微孔/缺陷儲鋰(藍球)

看完這個圖，應該比較能理解，為何軟碳會有快充快放的能力了吧，當石墨還需要一個一個排隊，軟碳這邊四面八方湧進湧出。

循環壽命為何比較好

循環壽命的定義是，充放電幾次之後，電容量會下降至新電池的80%。

所以這邊會介紹電容量衰退的其中一種機制，石墨層間發生崩塌，儲鋰能力下降。

鋰離子嵌入石墨層間，不是剛剛好插進去，實際上會讓石墨材料膨脹，結構改變，進一步演變成材料粉碎，電容量衰退。

而看看軟碳的結構，層間間距其實比較大，儲鋰機制多元，我想不難解釋循環壽命比較長、比較不會膨脹這件事。

當然，衰退機制也不止這一種，有些機制反而是石墨表現得比較好，是要綜合加總，但再寫下去就多了。

容量較低原因

一個材料，除了長處外，肯定也有短處，不然早就取代作為主要材料，而不是大家都還在用石墨。

其一，軟碳與電解液接觸的表面積大，最開始生成的SEI膜，必定會消耗比較多的電解液和鋰離子。

其二，軟碳的儲鋰機制，不全是好事，尤其是缺陷儲鋰(藍球)，因為一堆複雜的理論，有電壓滯後的現象，簡單來說放電的電壓比較低，內阻也較大，呈現出來的就是容量比較低。

【實際容量】×【電壓轉換】×【轉換耗損率】＝【額定容量】

中油難量產的原因

這點，要從軟碳的結構，和軟碳的製程談起。

軟碳的製程，是將中油煉油剩下的重質油，加熱變成軟碳，而軟碳其實是重質油變人造石墨的中間態，不是一個固定的型態，低溫的時候是一個樣子，中溫的時候一個樣子，高溫的時候一個樣子，超過2800度會變成人造石墨。

其中，必定只有少數的型態，在電池上的表現才是好的，但這就像我們在煎半熟蛋，規定要4分熟，不可以5分熟，也不能3分熟。

半熟蛋本身難度就高，一個平底鍋開小火，一次10分鐘煎一個可能還行，今天要用一個超大平底鍋，一次煎100個，或是大火30秒煎1個，量產難度就出來了。

2023年中油說量產還有難題，但年底約定好給三陽的600顆電池一定交貨，大概就是這個意思。

軟碳電池的表現推測

除了中油放出來的資料，容量較小、膨脹率低、壽命好、快充/快放的能力比較好，可以推測中油為何有信心賺錢外。

大致上還做了幾項猜測，上面提到的電壓滯後現象，放電的電壓比較低，除了容量比較低外，猜測還會有運行時，電池更怕高溫，會讓結構跑掉、高溫下產生更多副反應，導致壽命縮短。

軟碳是中間態

軟碳會隨溫度改變結構，雖然是幾百度、上千度在改變結構，高速行駛使鋰電池升溫，究竟是沒有影響，還是細微結構仍會變化，讓電池性能出現偏差就不知道了。

高溫下副反應變多

電池容量其中一個損耗機制，就是電解液、鋰離子、正負極，除了充放電的可逆反應，還會產生其他反應，無法逆反，消耗掉活性物質，高溫下會更容易產生這類副反應，煎肉煎蛋也是高溫會烤焦。

軟碳與電解液接觸的表面積大，更容易浸潤，推測消耗掉的活性物質也會更多。

結語

那麼三陽的換電車款設計，做了什麼去因應這些問題，中油到底能不能賺錢的探討，就留待第三集。

無法跟邏輯投資一樣幾萬字爆肝，反正後面是純知識討論沒差，下集待續~