鉅大LARGE | 點擊量：244次 | 2023年10月17日
動力鋰電池將邁向"硅"時代？
有關電池性能的提升，正極材料貢獻的力量可謂最多，要提高能量密度，就得走高鎳NCM811、中鎳高電壓、固態等路徑。實際上，負極材料有關能量密度的提升也很關鍵。兩者要黃金搭檔，才會實現最佳的效果。
今年以來，硅負極電池技術、摻硅補鋰技術、無機預鋰化硅碳負極技術等，隨著1000公里續航、350Wh/kg能量密度等吸眼詞匯紛紛登場，一時間"硅"成為各大公司技術爭奇斗艷的利器。
一個月前，廣汽集團在廣汽科技日上對外展示了其硅負極電池"黑科技"，電芯能量密度可提高到280Wh/kg左右，該電池可以讓電動汽車NEDC續航達1000公里，將會應用在AIONLX車型上，預計今年年內投產。
"通過對電池能量密度做測算和分析，有關高鎳三元材料來說，只有跟更先進的硅碳負極結合起來的時候，才能取得高能量密度的優勢；假如只是跟石墨進行搭配，跟中鎳三元提高電壓之后密度相當。"廣汽集團汽車工程研究院高級工程師梅驁分析道。
事實上，硅負極材料正在加速被越來越多的公司引入。今年年初，蔚來公布預期于2022年交付的150kWh電池包，正極使用納米包覆超高鎳正極，負極使用"無機預鋰化硅碳負極技術"，同時使用半固態電解質，單體能量密度達350Wh/kg。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
除此之外，智己汽車所采用的CATL的"摻硅補鋰"電池，也通過提高負極中硅的含量，同時新增鋰的含量，進而提升電池性能。使其實現300Wh/kg的單體能量密度，在未來5年內將陸續推向市場。
不僅是三元材料，磷酸鐵鋰和硅負極結合，也能對能量密度提升起到催化用途。今年伊始，國軒高科首次亮相了210Wh/kg的磷酸鐵鋰電池產品。國軒高科表示，將磷酸鐵鋰能量密度拔高到210Wh/kg，離不開關鍵的"高克容量硅負極材料和先進的預鋰化技術。
當前，使用石墨做電池負極材料仍然是市場的主流選擇，但因為其理論克容量偏低（約372mAh/g），已進入瓶頸期。業內主流分析認為，隨著鋰電池技術的發展，負極材料產品升級是必然趨勢，石墨負極體系向硅基負極體系升級是重要方向。
在多種新型負極材料中，硅具有超高的理論比容量（4200mAh/g，高出傳統石墨材料10倍多）和較低的脫鋰電位，且由于其電壓平臺和石墨相比較高，在充電時表面鋰離子不易被析出，電池綜合安全性能更為出色，是替換鋰電池碳基負極最為實際的選擇。
追溯起來，研發硅材料以應用于鋰電池負極始自上世紀90年代，但直至2014年左右才實現硅碳負極、硅氧負極的產業化。從國際來看，松下于2017年將硅碳負極批量應用于動力鋰電池，供應TSLAModel3，其電池能量密度登上300Wh/kg高峰。此外，三星、LG化學的硅基負極，重要應用于消費電池領域。日本GS湯淺的硅基負極材料鋰電池，應用在三菱汽車上。
從國內來看，CATL、力神電池、國軒高科、比亞迪、比克動力、微宏動力等都在加快硅碳負極體系的研發和試生產。早在2016年，CATL就啟動了以高鎳材料為正極、硅碳復合物為負極的動力鋰電池研發項目。2018年力神電池開發出高比能量高鎳系正極材料，同時研制性能良好的硅碳負極材料，并基于該體系開發出的電芯單體比能量達303Wh/Kg。此外，國軒高科研發的高鎳三元電芯，負極采用硅碳材料，能量密度可達300Wh／kg。
除了電池公司，材料公司也抓緊在硅基負極材料領域的投入和投產。其中，杉杉股份的高容量硅合金負極材料已產業化，可滿足新能源乘用車用動力鋰電池300wh/kg性能要求，并已對CATL供貨；中科電氣目前已建設完成硅基負極材料中試產線，進行成品試生產；貝特瑞現有硅基負極生產線已投產。除此之外，江西紫宸、深圳斯諾、江西正拓、創亞動力、大連麗昌、硅寶科技等都在積極推進硅碳負極的產業化。
不過，值得注意的是，雖然硅碳材料優勢明顯，但是目前電池在批量生產的過程中，還存在容量快速衰減、電池容易變形、循環次數達不到要求等問題，真正好的硅碳負極產品和用得好的電池廠商并不是很多；而且，以目前的技術條件下，硅碳負極的性價比不夠高，電池容量提升5%-10%的情況下，電池的成本要新增20%-30%甚至更高。
雖然如此，但瑕不掩瑜。未來硅碳負極的應用前景是非常光明的。業內預計，隨著我國對動力鋰電池的能量密度提出要求，硅碳材料的應用將逐年提高，2021-2026年硅碳負極材料滲透率年均上升率將在3％-5％之間。預計2026年我國硅碳負極材料的市場滲透率將達到23%，則至2026年我國硅碳負極材料市場需求或達50萬噸。
