鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：442次 | 2023年01月03日
"摻硅補(bǔ)鋰"走紅，固態(tài)電池時(shí)代來(lái)了嗎？
導(dǎo)語(yǔ)：續(xù)航和安全性一直是新能源汽車(chē)最大的痛點(diǎn)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)便有了固態(tài)電池的概念。不過(guò)短時(shí)間距離固態(tài)電池的量產(chǎn)還很遙遠(yuǎn)，于是很多新能源公司開(kāi)始引入了摻硅補(bǔ)鋰的半固態(tài)電池作為過(guò)渡性產(chǎn)品，那么摻硅補(bǔ)鋰將成為今年行業(yè)新風(fēng)向嗎？
從目前新能源量產(chǎn)車(chē)型的實(shí)際表現(xiàn)來(lái)看，無(wú)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(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航的焦慮，同時(shí)隨著未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)智能化功能的滲透，越來(lái)越多的電子化配置使車(chē)輛用電越來(lái)越大，所以業(yè)內(nèi)領(lǐng)軍公司開(kāi)始在電池技術(shù)上做文章，尋求根本解決續(xù)航問(wèn)題的方法。
固態(tài)電池或完美解決續(xù)航和安全問(wèn)題
為了解決動(dòng)力鋰電池在能量密度上的瓶頸帶來(lái)的續(xù)航問(wèn)題，日本車(chē)企早在兩三年前就開(kāi)始了固態(tài)電池的研發(fā)計(jì)劃，這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)時(shí)被豐田、本田、日產(chǎn)等公司看來(lái)是未來(lái)新能源汽車(chē)的希望，那么固態(tài)電池真有那么管用嗎？
首先在結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)鋰電池重要由正負(fù)極材料、電解液和隔膜組成，其中正負(fù)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(zhì)。而固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池的電解液和隔膜。那么固態(tài)電池有什么優(yōu)勢(shì)呢？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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(tài)電池用金屬鋰取代了嵌鋰石墨作為負(fù)極，這樣可以減少負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高；此外，選用固態(tài)電解質(zhì)后，正負(fù)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(huì)有明顯的提高，電池包進(jìn)行封裝時(shí)，電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減；此外，固態(tài)電池?zé)o需擔(dān)心出現(xiàn)鋰枝晶導(dǎo)致電池短路、電解質(zhì)高溫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)易燃易爆等問(wèn)題。綜上，固態(tài)電池?fù)碛心芰棵芏雀?、體積小、柔性化強(qiáng)、更安全的特性。
雖然相比傳統(tǒng)鋰電池具有高能量密度和高安全性等絕佳優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)還具有導(dǎo)電率差、循環(huán)壽命不佳、制造工藝復(fù)雜成本高等問(wèn)題，這些都制約著量產(chǎn)計(jì)劃的推進(jìn)。根據(jù)主流車(chē)企公布的信息顯示，豐田在2021年亮相首款固態(tài)電池原型車(chē)；大眾預(yù)計(jì)2024-2025年量產(chǎn)固態(tài)電池。所以，固態(tài)電池最終應(yīng)用在量產(chǎn)車(chē)型上最理想的情況下也得要五年左右才能實(shí)現(xiàn)。
蔚來(lái)的固態(tài)有混淆概念之嫌
固態(tài)電池距離量產(chǎn)遙遙無(wú)期，所以行業(yè)內(nèi)現(xiàn)在把關(guān)注點(diǎn)放在了摻硅補(bǔ)鋰的過(guò)渡性電池產(chǎn)品上，那么摻硅補(bǔ)鋰的實(shí)際應(yīng)用效果會(huì)如何呢？
從電池的正極、負(fù)極、電解液、隔膜各個(gè)部分看，傳統(tǒng)鋰電池的負(fù)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(dāng)前石墨負(fù)極材料克容量已經(jīng)做到360mAh/g，接近372mAh/g的理論克容量，繼續(xù)提升的空間有限，所以要開(kāi)發(fā)新型的負(fù)極材料。目前業(yè)界的普遍共識(shí)是，硅負(fù)極材料是石墨負(fù)極材料的理想替代產(chǎn)品，硅材料的理論克容量更高，達(dá)到了4200mAh/g，是目前已知能用于負(fù)極的材料中理論克容量最高的材料。此外，硅材料儲(chǔ)量豐富、成本低等優(yōu)勢(shì)利于硅負(fù)極的制造。不過(guò)，硅負(fù)極材料在電化學(xué)反應(yīng)中體積膨脹率高達(dá)320%，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的石墨材料10%左右的膨脹率，所以在電池正常工作狀態(tài)下極高的膨脹和收縮彈性頻繁發(fā)生，電池的循環(huán)壽命將會(huì)縮減，反而得不償失。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
此外，硅負(fù)極的第二個(gè)短板是首充效率低，數(shù)據(jù)顯示只有65%-85%。在鋰電池首次充電過(guò)程中，有機(jī)電解液會(huì)在負(fù)極表面還原分解，形成固體電解質(zhì)相界面膜，該物質(zhì)會(huì)消耗大量來(lái)自正極的鋰離子，造成首次循環(huán)的庫(kù)侖效率偏低，從而降低了鋰電池的容量和能量密度。而補(bǔ)鋰的用途就是抵消掉上文提到的固體電解質(zhì)相界面膜造成的鋰損失。綜上，為了均衡地達(dá)到使用性能，兩者要同時(shí)進(jìn)行，而摻硅補(bǔ)鋰成為了現(xiàn)階段解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航焦慮的最優(yōu)解。
事實(shí)上，蔚來(lái)此前宣稱的固態(tài)電池，其實(shí)是無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極技術(shù)，本質(zhì)上就是摻硅補(bǔ)鋰，其有混淆概念之嫌。另外，無(wú)論摻硅還是補(bǔ)鋰，研發(fā)的技術(shù)難度都不小，這也是目前硅負(fù)極材料一直較少應(yīng)用到電池中的重要原因，只是理論上要比純固態(tài)電池的研發(fā)要輕松些。摻硅補(bǔ)鋰電池短時(shí)間內(nèi)應(yīng)用難度很大，或許會(huì)在明年才可能大規(guī)模上市應(yīng)用。
產(chǎn)業(yè)鏈公司躍躍欲試
現(xiàn)階段摻硅補(bǔ)鋰暫時(shí)是解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航焦慮的最佳解決方法，新能源行業(yè)內(nèi)的很多公司已經(jīng)率先開(kāi)始了研發(fā)進(jìn)程。
今年一月八日，國(guó)軒高科首次亮相了應(yīng)用高克容量硅負(fù)極材料和先進(jìn)的預(yù)鋰化技術(shù)的210Wh/kg磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品；次日，蔚來(lái)汽車(chē)公布了150kWh無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極技術(shù)電池；一月十三日，智己汽車(chē)宣布和CATL共同開(kāi)發(fā)的摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)電池將應(yīng)用在旗下首款新車(chē)上；一月十八日，廣汽集團(tuán)透露，搭載硅負(fù)極電池技術(shù)的車(chē)型已按計(jì)劃進(jìn)入實(shí)車(chē)測(cè)試階段。
雖然固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用還遙遙無(wú)期，但是摻硅補(bǔ)鋰的技術(shù)開(kāi)始興起了，這意味著新市場(chǎng)打開(kāi)了。目前國(guó)內(nèi)具備批量生產(chǎn)硅負(fù)極材料能力的公司有限，不過(guò)隨著資本的不斷投入，對(duì)新能源行業(yè)而言機(jī)會(huì)也越來(lái)越多，屆時(shí)該領(lǐng)域會(huì)受到更多公司的重視，無(wú)論是產(chǎn)量還是產(chǎn)品的需求量都將會(huì)有大幅提升。同時(shí)這也體現(xiàn)了新技術(shù)的誕生和應(yīng)用離不開(kāi)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同推進(jìn)。
點(diǎn)評(píng)
顯然，無(wú)論部分車(chē)企再如何大肆渲染，我們距離固態(tài)電池的最終應(yīng)用還要漫長(zhǎng)的等待，不過(guò)摻硅補(bǔ)鋰逐漸成為了現(xiàn)階段的最優(yōu)解，也將成為今年新能源和汽車(chē)行業(yè)的新趨勢(shì)。一個(gè)新技術(shù)的誕生及應(yīng)用可能會(huì)改變整個(gè)市場(chǎng)格局，新機(jī)會(huì)誕生的同時(shí)，也意味著公司間的協(xié)作和競(jìng)爭(zhēng)并存。
