硅基負(fù)極被認(rèn)為是下一代鋰電池理想的負(fù)極材料。近期,眾多頭部企業(yè)密集申請相關(guān)專利。據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局公告,今年1月,寧德時代公布了一項國際專利申請,專利名為“硅碳復(fù)合材料及包含其的負(fù)極極片”;億緯鋰能申請了一項名為“一種硅基負(fù)極漿料及其制備方法和應(yīng)用”專利。
而在此之前一個月,比亞迪申請了一項名為“硅負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極極片、電池和用電設(shè)備”專利;德方納米申請了一項名為“含高熵合金相的硅碳負(fù)極材料及其制備方法和鋰離子電池”專利。
在眾多的新型負(fù)極材料中,硅具有超高的理論比容量,高達(dá)4200mAh/g,高出傳統(tǒng)石墨材料10倍,并且具有較低的脫鋰電位,且由于其電壓平臺與石墨相比較高,在充電時更難引起表面鋰離子析出,電池綜合安全性能更為出色。
截至目前,國內(nèi)外車企包括特斯拉、奔馳、蔚來、極氪、智己、廣汽埃安等已經(jīng)或計劃搭載硅基負(fù)極動力電池。中金公司預(yù)計,到2025年全球硅基負(fù)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%,對應(yīng)約7萬噸硅基負(fù)極需求;圓柱和方形動力電池中滲透率分別達(dá)到35%和20%,對應(yīng)約13萬噸硅基負(fù)極需求。
01
量產(chǎn)裝車提速
“目前硅碳復(fù)合材料和硅氧復(fù)合材料是硅基負(fù)極的主要技術(shù)路線。”業(yè)內(nèi)人士指出,硅碳負(fù)極首次充放電效率高,但膨脹較大,循環(huán)性能也相對較差。硅氧負(fù)極采用氧化亞硅和石墨材料混合,其循環(huán)性能得到較大提升,但首效低,成本高。
特斯拉早在2017年搭載2170電池時就已經(jīng)引入了“摻硅”技術(shù),此后其在發(fā)布4680電池時宣稱負(fù)極要使用硅材料,且相比Model3中2170電池的5%添加量,4680電池中硅基負(fù)極的添加量預(yù)計增加一倍。該電池正極采用高鎳三元材料,搭配硅基負(fù)極,使其相對2170電池續(xù)航里程提升16%、能量提升5倍,且成本將下降14%。
據(jù)電池中國了解,奔馳計劃將于2024 年底推出采用負(fù)極硅基鋰電池的EQG車型。同時,奔馳還將在2025年推出G-Class車型,采用新一代高能量密度電池,通過使用硅基負(fù)極,能量密度比石墨負(fù)極電池高20%-40%。
除此之外,寶馬與Sila Nanotechnologies建立長期合作,共同研發(fā)硅基負(fù)極電池,通用汽車與oneD Battery Sciences合作研發(fā)硅基電池,保時捷與美國Group14 Technologies達(dá)成6.5億美元的供應(yīng)協(xié)議。
國內(nèi)車企方面,廣汽埃安2021年首發(fā)續(xù)航1000公里的電動車型,使用海綿硅負(fù)極電池技術(shù)的單體電芯,能量密度超過280Wh/Kg;智己汽車于2022年初宣布使用“摻硅補(bǔ)鋰”技術(shù),電池單體能量密度可實現(xiàn)300Wh/kg;蔚來發(fā)布的半固態(tài)電池,采用超高鎳正極材料、硅碳復(fù)合負(fù)極材料和固液混合電解質(zhì),能量密度為360Wh/kg。
電池企業(yè)方面,寧德時代2023年3月量產(chǎn)的麒麟電池,采用高鎳三元正極和硅碳復(fù)合材料,能量密度可達(dá)255Wh/kg,目前已經(jīng)裝配極氪、理想、阿維塔、哪吒汽車等多種車型;蜂巢能源從2022年開始給寶馬Mini批量供貨,產(chǎn)品是高鎳正極+硅負(fù)極的高能量密度方殼電芯;去年11月,力神電池發(fā)布高比能大圓柱電池,采用高鎳三元正極搭配硅碳負(fù)極,能量密度達(dá)280Wh/Kg;今年年初,比克電池宣布其N21700CH-58E高容量電芯量產(chǎn)下線,采用高鎳+硅負(fù)極體系。
材料企業(yè)方面,杉杉股份已實現(xiàn)硅基負(fù)極批量供貨,并規(guī)劃了寧波4萬噸硅基負(fù)極一體化基地項目,項目覆蓋原料加工、反應(yīng)合成、中間品加工、表面改性到成品加工等完整工序,將有利于公司形成硅基負(fù)極材料一體化產(chǎn)能規(guī)模優(yōu)勢。
中國寶安1月在投資者互動平臺表示,貝特瑞現(xiàn)有負(fù)極產(chǎn)能49.5萬噸/年(其中硅基負(fù)極0.5萬噸/年)。此外,貝特瑞還規(guī)劃投資50億元,將要建設(shè)年產(chǎn)4萬噸的硅基負(fù)極產(chǎn)線,預(yù)計到2028年將擁有約5萬噸/年的硅基產(chǎn)能。
除此之外、翔豐華、道氏技術(shù)、天目先導(dǎo)、勝華新材、天諾新能源、杰瑞股份、中科電氣、新安股份等企業(yè)也都在積極推進(jìn)硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化。
02
大圓柱電池是增長點(diǎn)
大圓柱電池將是未來硅基負(fù)極材料應(yīng)用的主要增長點(diǎn)。
“目前硅基負(fù)極材料主要應(yīng)用于大圓柱電池。全球硅基負(fù)極材料在大圓柱電池中已經(jīng)量產(chǎn)和即將量產(chǎn)的企業(yè),已經(jīng)有10家以上。”業(yè)界人士表示,46系列大圓柱電池未來摻硅比例有望在10%以上,較目前高鎳+硅中的5%摻雜量翻倍,將帶動硅負(fù)極材料需求大增。信達(dá)證券也指出,隨著特斯拉、寶馬、保時捷等車企對大圓柱電池的市場需求增長,將有效推動硅基負(fù)極的普及。
不過值得注意的是,大圓柱電池對硅基材料也提出了很高的要求。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析,由于圓柱電池成組效率低,因此硅基負(fù)極需要更高首效、更高比容量以匹配正極,降低容量損失。同時,大圓柱電池溫度和應(yīng)力分布不均勻,硅基負(fù)極需要開發(fā)更低膨脹、更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)確保最佳性能。
此外,硅負(fù)極材料要持續(xù)提升性價比,保持長期的應(yīng)用優(yōu)勢。
原標(biāo)題:就是這一材料!寧德/億緯/比亞迪“同時”發(fā)力