钜大LARGE | 点击量：229次 | 2023年10月17日
动力锂电池将迈向"硅"时代？
有关电池性能的提升，正极材料贡献的力量可谓最多，要提高能量密度，就得走高镍NCM811、中镍高电压、固态等路径。实际上，负极材料有关能量密度的提升也很关键。两者要黄金搭档，才会实现最佳的效果。
今年以来，硅负极电池技术、掺硅补锂技术、无机预锂化硅碳负极技术等，随着1000公里续航、350Wh/kg能量密度等吸眼词汇纷纷登场，一时间"硅"成为各大公司技术争奇斗艳的利器。
一个月前，广汽集团在广汽科技日上对外展示了其硅负极电池"黑科技"，电芯能量密度可提高到280Wh/kg左右，该电池可以让电动汽车NEDC续航达1000公里，将会应用在AIONLX车型上，预计今年年内投产。
"通过对电池能量密度做测算和分析，有关高镍三元材料来说，只有跟更先进的硅碳负极结合起来的时候，才能取得高能量密度的优势；假如只是跟石墨进行搭配，跟中镍三元提高电压之后密度相当。"广汽集团汽车工程研究院高级工程师梅骜分析道。
事实上，硅负极材料正在加速被越来越多的公司引入。今年年初，蔚来公布预期于2022年交付的150kWh电池包，正极使用纳米包覆超高镍正极，负极使用"无机预锂化硅碳负极技术"，同时使用半固态电解质，单体能量密度达350Wh/kg。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
除此之外，智己汽车所采用的CATL的"掺硅补锂"电池，也通过提高负极中硅的含量，同时新增锂的含量，进而提升电池性能。使其实现300Wh/kg的单体能量密度，在未来5年内将陆续推向市场。
不仅是三元材料，磷酸铁锂和硅负极结合，也能对能量密度提升起到催化用途。今年伊始，国轩高科首次亮相了210Wh/kg的磷酸铁锂电池产品。国轩高科表示，将磷酸铁锂能量密度拔高到210Wh/kg，离不开关键的"高克容量硅负极材料和先进的预锂化技术。
当前，使用石墨做电池负极材料仍然是市场的主流选择，但因为其理论克容量偏低（约372mAh/g），已进入瓶颈期。业内主流分析认为，随着锂电池技术的发展，负极材料产品升级是必然趋势，石墨负极体系向硅基负极体系升级是重要方向。
在多种新型负极材料中，硅具有超高的理论比容量（4200mAh/g，高出传统石墨材料10倍多）和较低的脱锂电位，且由于其电压平台和石墨相比较高，在充电时表面锂离子不易被析出，电池综合安全性能更为出色，是替换锂电池碳基负极最为实际的选择。
追溯起来，研发硅材料以应用于锂电池负极始自上世纪90年代，但直至2014年左右才实现硅碳负极、硅氧负极的产业化。从国际来看，松下于2017年将硅碳负极批量应用于动力锂电池，供应TSLAModel3，其电池能量密度登上300Wh/kg高峰。此外，三星、LG化学的硅基负极，重要应用于消费电池领域。日本GS汤浅的硅基负极材料锂电池，应用在三菱汽车上。
从国内来看，CATL、力神电池、国轩高科、比亚迪、比克动力、微宏动力等都在加快硅碳负极体系的研发和试生产。早在2016年，CATL就启动了以高镍材料为正极、硅碳复合物为负极的动力锂电池研发项目。2018年力神电池开发出高比能量高镍系正极材料，同时研制性能良好的硅碳负极材料，并基于该体系开发出的电芯单体比能量达303Wh/Kg。此外，国轩高科研发的高镍三元电芯，负极采用硅碳材料，能量密度可达300Wh／kg。
除了电池公司，材料公司也抓紧在硅基负极材料领域的投入和投产。其中，杉杉股份的高容量硅合金负极材料已产业化，可满足新能源乘用车用动力锂电池300wh/kg性能要求，并已对CATL供货；中科电气目前已建设完成硅基负极材料中试产线，进行成品试生产；贝特瑞现有硅基负极生产线已投产。除此之外，江西紫宸、深圳斯诺、江西正拓、创亚动力、大连丽昌、硅宝科技等都在积极推进硅碳负极的产业化。
不过，值得注意的是，虽然硅碳材料优势明显，但是目前电池在批量生产的过程中，还存在容量快速衰减、电池容易变形、循环次数达不到要求等问题，真正好的硅碳负极产品和用得好的电池厂商并不是很多；而且，以目前的技术条件下，硅碳负极的性价比不够高，电池容量提升5%-10%的情况下，电池的成本要新增20%-30%甚至更高。
虽然如此，但瑕不掩瑜。未来硅碳负极的应用前景是非常光明的。业内预计，随着我国对动力锂电池的能量密度提出要求，硅碳材料的应用将逐年提高，2021-2026年硅碳负极材料渗透率年均上升率将在3％-5％之间。预计2026年我国硅碳负极材料的市场渗透率将达到23%，则至2026年我国硅碳负极材料市场需求或达50万吨。
