鉅大LARGE | 點擊量：436次 | 2023年01月03日
"摻硅補鋰"走紅，固態電池時代來了嗎？
導語：續航和安全性一直是新能源汽車最大的痛點，為了解決這個問題，行業內便有了固態電池的概念。不過短時間距離固態電池的量產還很遙遠，于是很多新能源公司開始引入了摻硅補鋰的半固態電池作為過渡性產品，那么摻硅補鋰將成為今年行業新風向嗎？
從目前新能源量產車型的實際表現來看，無論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池，能量密度都未完全解決電動汽車續航的焦慮，同時隨著未來電動汽車智能化功能的滲透，越來越多的電子化配置使車輛用電越來越大，所以業內領軍公司開始在電池技術上做文章，尋求根本解決續航問題的方法。
固態電池或完美解決續航和安全問題
為了解決動力鋰電池在能量密度上的瓶頸帶來的續航問題，日本車企早在兩三年前就開始了固態電池的研發計劃，這項技術當時被豐田、本田、日產等公司看來是未來新能源汽車的希望，那么固態電池真有那么管用嗎？
首先在結構上，傳統鋰電池重要由正負極材料、電解液和隔膜組成，其中正負極材料決定了電池的容量，電解液及隔膜作為傳輸鋰離子的介質。而固態電池用固態電解質替代了傳統鋰電池的電解液和隔膜。那么固態電池有什么優勢呢？
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%
首先，固態電池用金屬鋰取代了嵌鋰石墨作為負極，這樣可以減少負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高；此外，選用固態電解質后，正負極之間的距離減少，這樣電池的厚度就能大大地降低；而在電池輕薄化以后，其柔性程度也會有明顯的提高，電池包進行封裝時，電池可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減；此外，固態電池無需擔心出現鋰枝晶導致電池短路、電解質高溫發生化學反應易燃易爆等問題。綜上，固態電池擁有能量密度高、體積小、柔性化強、更安全的特性。
雖然相比傳統鋰電池具有高能量密度和高安全性等絕佳優勢，但同時還具有導電率差、循環壽命不佳、制造工藝復雜成本高等問題，這些都制約著量產計劃的推進。根據主流車企公布的信息顯示，豐田在2021年亮相首款固態電池原型車；大眾預計2024-2025年量產固態電池。所以，固態電池最終應用在量產車型上最理想的情況下也得要五年左右才能實現。
蔚來的固態有混淆概念之嫌
固態電池距離量產遙遙無期，所以行業內現在把關注點放在了摻硅補鋰的過渡性電池產品上，那么摻硅補鋰的實際應用效果會如何呢？
從電池的正極、負極、電解液、隔膜各個部分看，傳統鋰電池的負極成為了提升能量密度的短板，材料普遍采用石墨材料，但是當前石墨負極材料克容量已經做到360mAh/g，接近372mAh/g的理論克容量，繼續提升的空間有限，所以要開發新型的負極材料。目前業界的普遍共識是，硅負極材料是石墨負極材料的理想替代產品，硅材料的理論克容量更高，達到了4200mAh/g，是目前已知能用于負極的材料中理論克容量最高的材料。此外，硅材料儲量豐富、成本低等優勢利于硅負極的制造。不過，硅負極材料在電化學反應中體積膨脹率高達320%，遠高于現有的石墨材料10%左右的膨脹率，所以在電池正常工作狀態下極高的膨脹和收縮彈性頻繁發生，電池的循環壽命將會縮減，反而得不償失。
此外，硅負極的第二個短板是首充效率低，數據顯示只有65%-85%。在鋰電池首次充電過程中，有機電解液會在負極表面還原分解，形成固體電解質相界面膜，該物質會消耗大量來自正極的鋰離子，造成首次循環的庫侖效率偏低，從而降低了鋰電池的容量和能量密度。而補鋰的用途就是抵消掉上文提到的固體電解質相界面膜造成的鋰損失。綜上，為了均衡地達到使用性能，兩者要同時進行，而摻硅補鋰成為了現階段解決電動汽車續航焦慮的最優解。
事實上，蔚來此前宣稱的固態電池，其實是無機預鋰化硅碳負極技術，本質上就是摻硅補鋰，其有混淆概念之嫌。另外，無論摻硅還是補鋰，研發的技術難度都不小，這也是目前硅負極材料一直較少應用到電池中的重要原因，只是理論上要比純固態電池的研發要輕松些。摻硅補鋰電池短時間內應用難度很大，或許會在明年才可能大規模上市應用。
產業鏈公司躍躍欲試
現階段摻硅補鋰暫時是解決電動汽車續航焦慮的最佳解決方法，新能源行業內的很多公司已經率先開始了研發進程。
今年一月八日，國軒高科首次亮相了應用高克容量硅負極材料和先進的預鋰化技術的210Wh/kg磷酸鐵鋰電池產品；次日，蔚來汽車公布了150kWh無機預鋰化硅碳負極技術電池；一月十三日，智己汽車宣布和CATL共同開發的摻硅補鋰技術電池將應用在旗下首款新車上；一月十八日，廣汽集團透露，搭載硅負極電池技術的車型已按計劃進入實車測試階段。
雖然固態電池的實際應用還遙遙無期，但是摻硅補鋰的技術開始興起了，這意味著新市場打開了。目前國內具備批量生產硅負極材料能力的公司有限，不過隨著資本的不斷投入，對新能源行業而言機會也越來越多，屆時該領域會受到更多公司的重視，無論是產量還是產品的需求量都將會有大幅提升。同時這也體現了新技術的誕生和應用離不開整個產業鏈的協同推進。
點評
顯然，無論部分車企再如何大肆渲染，我們距離固態電池的最終應用還要漫長的等待，不過摻硅補鋰逐漸成為了現階段的最優解，也將成為今年新能源和汽車行業的新趨勢。一個新技術的誕生及應用可能會改變整個市場格局，新機會誕生的同時，也意味著公司間的協作和競爭并存。
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