"掺硅补锂"走红，固态电池时代来了吗？

导语：续航和安全性一直是新能源汽车最大的痛点，为了解决这个问题，行业内便有了固态电池的概念。不过短时间距离固态电池的量产还很遥远，于是很多新能源公司开始引入了掺硅补锂的半固态电池作为过渡性产品，那么掺硅补锂将成为今年行业新风向吗？

从目前新能源量产车型的实际表现来看，无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池，能量密度都未完全解决电动汽车续航的焦虑，同时随着未来电动汽车智能化功能的渗透，越来越多的电子化配置使车辆用电越来越大，所以业内领军公司开始在电池技术上做文章，寻求根本解决续航问题的方法。

固态电池或完美解决续航和安全问题

为了解决动力锂电池在能量密度上的瓶颈带来的续航问题，日本车企早在两三年前就开始了固态电池的研发计划，这项技术当时被丰田、本田、日产等公司看来是未来新能源汽车的希望，那么固态电池真有那么管用吗？

首先在结构上，传统锂电池重要由正负极材料、电解液和隔膜组成，其中正负极材料决定了电池的容量，电解液及隔膜作为传输锂离子的介质。而固态电池用固态电解质替代了传统锂电池的电解液和隔膜。那么固态电池有什么优势呢？

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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%

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首先，固态电池用金属锂取代了嵌锂石墨作为负极，这样可以减少负极材料的用量，使得整个电池的能量密度有明显提高；此外，选用固态电解质后，正负极之间的距离减少，这样电池的厚度就能大大地降低；而在电池轻薄化以后，其柔性程度也会有明显的提高，电池包进行封装时，电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减；此外，固态电池无需担心出现锂枝晶导致电池短路、电解质高温发生化学反应易燃易爆等问题。综上，固态电池拥有能量密度高、体积小、柔性化强、更安全的特性。

虽然相比传统锂电池具有高能量密度和高安全性等绝佳优势，但同时还具有导电率差、循环寿命不佳、制造工艺复杂成本高等问题，这些都制约着量产计划的推进。根据主流车企公布的信息显示，丰田在2021年亮相首款固态电池原型车；大众预计2024-2025年量产固态电池。所以，固态电池最终应用在量产车型上最理想的情况下也得要五年左右才能实现。

蔚来的固态有混淆概念之嫌

固态电池距离量产遥遥无期，所以行业内现在把关注点放在了掺硅补锂的过渡性电池产品上，那么掺硅补锂的实际应用效果会如何呢？

从电池的正极、负极、电解液、隔膜各个部分看，传统锂电池的负极成为了提升能量密度的短板，材料普遍采用石墨材料，但是当前石墨负极材料克容量已经做到360mAh/g，接近372mAh/g的理论克容量，继续提升的空间有限，所以要开发新型的负极材料。目前业界的普遍共识是，硅负极材料是石墨负极材料的理想替代产品，硅材料的理论克容量更高，达到了4200mAh/g，是目前已知能用于负极的材料中理论克容量最高的材料。此外，硅材料储量丰富、成本低等优势利于硅负极的制造。不过，硅负极材料在电化学反应中体积膨胀率高达320%，远高于现有的石墨材料10%左右的膨胀率，所以在电池正常工作状态下极高的膨胀和收缩弹性频繁发生，电池的循环寿命将会缩减，反而得不偿失。

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此外，硅负极的第二个短板是首充效率低，数据显示只有65%-85%。在锂电池首次充电过程中，有机电解液会在负极表面还原分解，形成固体电解质相界面膜，该物质会消耗大量来自正极的锂离子，造成首次循环的库仑效率偏低，从而降低了锂电池的容量和能量密度。而补锂的用途就是抵消掉上文提到的固体电解质相界面膜造成的锂损失。综上，为了均衡地达到使用性能，两者要同时进行，而掺硅补锂成为了现阶段解决电动汽车续航焦虑的最优解。

事实上，蔚来此前宣称的固态电池，其实是无机预锂化硅碳负极技术，本质上就是掺硅补锂，其有混淆概念之嫌。另外，无论掺硅还是补锂，研发的技术难度都不小，这也是目前硅负极材料一直较少应用到电池中的重要原因，只是理论上要比纯固态电池的研发要轻松些。掺硅补锂电池短时间内应用难度很大，或许会在明年才可能大规模上市应用。

产业链公司跃跃欲试

现阶段掺硅补锂暂时是解决电动汽车续航焦虑的最佳解决方法，新能源行业内的很多公司已经率先开始了研发进程。

今年一月八日，国轩高科首次亮相了应用高克容量硅负极材料和先进的预锂化技术的210Wh/kg磷酸铁锂电池产品；次日，蔚来汽车公布了150kWh无机预锂化硅碳负极技术电池；一月十三日，智己汽车宣布和CATL共同开发的掺硅补锂技术电池将应用在旗下首款新车上；一月十八日，广汽集团透露，搭载硅负极电池技术的车型已按计划进入实车测试阶段。

虽然固态电池的实际应用还遥遥无期，但是掺硅补锂的技术开始兴起了，这意味着新市场打开了。目前国内具备批量生产硅负极材料能力的公司有限，不过随着资本的不断投入，对新能源行业而言机会也越来越多，届时该领域会受到更多公司的重视，无论是产量还是产品的需求量都将会有大幅提升。同时这也体现了新技术的诞生和应用离不开整个产业链的协同推进。

点评

显然，无论部分车企再如何大肆渲染，我们距离固态电池的最终应用还要漫长的等待，不过掺硅补锂逐渐成为了现阶段的最优解，也将成为今年新能源和汽车行业的新趋势。一个新技术的诞生及应用可能会改变整个市场格局，新机会诞生的同时，也意味着公司间的协作和竞争并存。