在經(jīng)過了近12年的發(fā)展后，一種全新的動(dòng)力電池增程技術(shù)正在逐步走向量產(chǎn)。

近日，硅谷電池科技初創(chuàng)公司Sila Nanotechnologies對(duì)外宣布，該公司已經(jīng)敲定了首批硅基陽極大規(guī)模制造的工藝流程。

(資料圖)

Sila Nanotechnologies首席執(zhí)行官吉恩·伯迪切夫斯基表示，公司將新材料命名為“泰坦硅”，目前該材料正處于汽車制造商的后期認(rèn)證階段，并將于明年年底在新工廠開始生產(chǎn)。

伯迪切夫斯基稱，按照計(jì)劃，到2026年公司年產(chǎn)能將達(dá)到20萬套，基本可以滿足市場需求，到2028年產(chǎn)能將進(jìn)一步提升至每年100萬套。

在加速生產(chǎn)的頭幾年內(nèi)，“泰坦硅”將進(jìn)行溢價(jià)銷售，用于高端電動(dòng)汽車。

業(yè)內(nèi)消息稱，奔馳即將于2025年初上市的電動(dòng)SUV EQG將采用由寧德時(shí)代供應(yīng)的硅基陽極電池，該電池能量密度將比業(yè)內(nèi)同級(jí)水平高出20%至40%，采用由Sila Nanotechnologies提供的“泰坦硅”作為陽極材料。

作為奔馳經(jīng)典越野車型G級(jí)的電動(dòng)化版本，EQG是奔馳售價(jià)最高電動(dòng)汽車之一，近期有消息稱EQG的原型車正在北極進(jìn)行測試。

盡管寧德時(shí)代與Sila Nanotechnologies并未透露EQG測試車使用電池的硅濃度，但據(jù)公開信息顯示，這款新車的能量密度將達(dá)到800Wh/kg，幾乎兩倍于美國能源情報(bào)署2020年公布的同尺寸電池?cái)?shù)據(jù)。

在輕量化成為電動(dòng)汽車一大主流發(fā)展趨勢后，質(zhì)量更輕、能量密度更高的硅基陽極電池成為了包括寧德時(shí)代、特斯拉、奔馳、保時(shí)捷、通用汽車等公司大力發(fā)展的新技術(shù)。

從上世紀(jì)80年代鋰電池發(fā)明以來，用石墨作為陽極材料的碳基電池一直是主流技術(shù)。作為鋰離子的儲(chǔ)存庫，在電池充電時(shí)離子會(huì)填滿陽極石墨層之間的空隙，當(dāng)電池放電時(shí)，離子流向電池陰極。

雖然石墨作為陽極材料有著很好的效果，但其同樣有著較大的體積、重量與理化限制。為了加快充電速度、儲(chǔ)存更多能量，包括特斯拉與寧德時(shí)代在內(nèi)的多家公司開始向電池陽極內(nèi)添加少量輕質(zhì)硅，目前主流高端電池的硅含量約為5%。

另一方面，石墨材料同樣有著自身的儲(chǔ)能極限。資料顯示，在經(jīng)過數(shù)十年的技術(shù)發(fā)展后，傳統(tǒng)石墨比容量已經(jīng)達(dá)到360至365mAh/g，接近理論比容量372mAh/g，進(jìn)一步提升空間極為有限。

而硅基陽極材料的理論比容量高達(dá)4200Ah/g，是石墨的十余倍。這也意味著，如果動(dòng)力電池想要實(shí)現(xiàn)300Wh/kg以上的能量密度目標(biāo)，發(fā)展硅基陽極技術(shù)是重要選項(xiàng)之一。

硅基陽極電池同樣擁有需要解決的問題，在電池充電后，硅的體積會(huì)膨脹三倍。即使電池內(nèi)含硅濃度較低，迅速的膨脹也會(huì)大幅降低電池性能。

目前業(yè)內(nèi)主流的處理方式是將硅顆粒封裝在某種結(jié)構(gòu)中來防止膨脹。

Sila Nanotechnologies采用的方案是用一種多孔結(jié)構(gòu)外殼包裹硅顆粒，在不損害其外部結(jié)構(gòu)的情況下對(duì)顆粒進(jìn)行束縛。據(jù)該公司稱，在包裹后硅顆粒的膨脹率僅有6%。

在硅基陽極電池領(lǐng)域，國內(nèi)動(dòng)力電池生產(chǎn)巨頭寧德時(shí)代處于領(lǐng)先地位。

2019年3月，寧德時(shí)代發(fā)布消息稱，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克硅碳陽極材料關(guān)鍵核心技術(shù)，開發(fā)出能量密度為304Wh/kg的電池樣品。去年6月發(fā)布的麒麟電池也采用了硅基陽極技術(shù)，續(xù)航能力大幅度提高，首發(fā)車型極氪009續(xù)航里程將超過1000公里。

今年3月，麒麟電池宣布正式量產(chǎn)，而極氪009也也預(yù)計(jì)將于第二季度交付。

此前特斯拉也曾多次公開表示希望開發(fā)自己的硅基陽極技術(shù)。2020年，特斯拉表示其正在為4680電池研發(fā)配套的硅基陽極，并為此收購了美國電池供應(yīng)商SiILion，不過目前外界尚不清楚特斯拉研發(fā)的具體進(jìn)展。

此外，鋰電池開發(fā)商Group14 Technologies也與保時(shí)捷達(dá)成了6.5億美元的供應(yīng)協(xié)議，通用汽車則宣布與另一家電池公司OneD Battery Sciences合作。目前尚不清楚兩家主機(jī)廠誰會(huì)先在硅基陽極領(lǐng)域取得技術(shù)突破。

隨著技術(shù)成熟與原材料價(jià)格走低，硅基陽極電池有望在未來得到進(jìn)一步普及。

據(jù)中金公司研報(bào)預(yù)測，2025年全球硅基陽極需求量有望達(dá)到20萬噸，其中消費(fèi)電池滲透率有望達(dá)50%，對(duì)應(yīng)約7萬噸硅基陽極需求，圓柱和方形動(dòng)力電池中滲透率分別達(dá)到35%和20%，對(duì)應(yīng)約13萬噸硅基陽極需求。

伯迪切夫斯基認(rèn)為，一旦硅基陽極達(dá)到全面生產(chǎn)，其制造成本將大大低于石墨，硅基陽極將迅速成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，“一旦與石墨電極成本持平，硅陽極的采用將只受其生產(chǎn)速度的限制?！?/p>

根據(jù)他的預(yù)測，到2030年，全球三分之一的電動(dòng)汽車將采用硅基陽極，而硅基陽極成為行業(yè)主流選擇則將在2035年實(shí)現(xiàn)。

（文章來源：界面新聞）

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