每經(jing)記者｜朱成祥    每經(jing)編輯(ji)｜文多    

近(jin)年(nian)來，隨著新能(neng)源(yuan)(yuan)車滲透(tou)率(lv)的提升，節假日高速(su)服(fu)務區排隊(dui)現象(xiang)也越(yue)來越(yue)嚴重。而快充技術的提升，將大幅改善新能(neng)源(yuan)(yuan)車主(zhu)的充電體驗。

目前(qian)，很(hen)多快(kuai)充技(ji)術仍(reng)停(ting)留在(zai)充電(dian)(dian)5分鐘(zhong)，續(xu)航100公(gong)(gong)里(li)的水平上(shang)(shang)。9月(yue)25日(ri)，上(shang)(shang)汽通(tong)用(yong)汽車宣布，其攜手(shou)寧德時代共(gong)同推(tui)出6C（倍(bei)率）超快(kuai)充磷酸鐵(tie)鋰電(dian)(dian)池(chi)，充電(dian)(dian)5分鐘(zhong)，續(xu)航可增加(jia)200公(gong)(gong)里(li)以上(shang)(shang)，并(bing)于明年起(qi)在(zai)準900V高(gao)壓(ya)電(dian)(dian)池(chi)架(jia)構投入使(shi)用(yong)。

據報道，輝能(neng)科技近(jin)日在巴(ba)黎車(che)展(zhan)期間(jian)首次展(zhan)出“100%復合硅(gui)陽極(ji)”（即硅(gui)負極(ji)）電池系統，公(gong)司還(huan)稱其充(chong)電5分鐘(zhong)可續航(hang)約300公(gong)里。

充電5分(fen)鐘(zhong)，從續航(hang)100公里到(dao)200公里，再到(dao)300公里，未來電車或將與油車一(yi)樣方便(bian)地補能(neng)。

如何做到快充？

從上(shang)汽通用的(de)描述看，其與寧德時(shi)代共同推出(chu)的(de)6C電池，或仍屬于石(shi)墨負極體系。上(shang)汽通用稱，使用“第二代石(shi)墨快離子環技(ji)術”，搭配多梯度分(fen)層(ceng)極片，搭建起電流(liu)傳導(dao)的(de)“高(gao)(gao)速公路”，顯著縮短充放電時(shi)間，實(shi)現更高(gao)(gao)的(de)能量密度和更高(gao)(gao)的(de)循環穩定性。

相比之下，輝(hui)能科技則使用(yong)硅基負(fu)(fu)極體(ti)系。目前，硅基負(fu)(fu)極主要分(fen)硅碳負(fu)(fu)極、硅氧負(fu)(fu)極。對(dui)于輝(hui)能科技使用(yong)何種材料體(ti)系，《每(mei)日經(jing)濟新聞》記(ji)者采訪了 TrendForce集邦咨詢分(fen)析師曾佑鵬，其表示：“輝(hui)能推出的(de)100%硅負(fu)(fu)極并(bing)非純硅，是(shi)高容量（2100~3100 mAh/g）的(de)硅氧體(ti)系復合材料。”

輝能科技官網顯示，具體而言，其硅復合負(fu)極(ji)電(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)5分鐘可續(xu)航(hang)約300公里(li)，相較業界快充(chong)標準（30分鐘），縮短了83.3%的充(chong)電(dian)(dian)等待時(shi)間(jian)，提升(sheng)了充(chong)電(dian)(dian)周轉率(lv)，解(jie)決了充(chong)電(dian)(dian)站不足與充(chong)電(dian)(dian)時(shi)間(jian)過(guo)長(chang)的困境。

該(gai)電(dian)(dian)池體積能量(liang)(liang)密度達(da)到(dao)749 Wh/L，重量(liang)(liang)能量(liang)(liang)密度則達(da)到(dao)321 Wh/kg。公司稱，根據德國萊茵實驗室的(de)測試數據，該(gai)電(dian)(dian)池系統(tong)能在充電(dian)(dian)5分(fen)鐘內(nei)，從5%電(dian)(dian)量(liang)(liang)充至60%，充電(dian)(dian)8.5分(fen)鐘則可(ke)達(da)到(dao)80%。

不過，輝(hui)能未(wei)說(shuo)明(ming)該電(dian)池(chi)何時量產。對此，10月21日，《每日經濟新(xin)聞》記(ji)者(zhe)試圖通過郵件的方式聯系輝(hui)能科技，但并未(wei)成功(gong)。

對(dui)于硅基材(cai)(cai)料為(wei)何(he)快(kuai)(kuai)充(chong)性能(neng)如此(ci)優異，曾(ceng)佑鵬告訴記者：“硅基負(fu)極適用快(kuai)(kuai)充(chong)，主(zhu)要(yao)與其儲鋰機理有關，傳(chuan)(chuan)統石墨材(cai)(cai)料主(zhu)要(yao)是通過擴散嵌鋰提(ti)供容量(liang)，石墨材(cai)(cai)料為(wei)層(ceng)狀結構，充(chong)電時發(fa)生插層(ceng)反應，鋰離子必須從材(cai)(cai)料的端面嵌入并擴散至顆(ke)粒(li)內(nei)部，導致(zhi)傳(chuan)(chuan)輸路徑較(jiao)長，嵌鋰過程較(jiao)慢，限制(zhi)了其快(kuai)(kuai)充(chong)性能(neng)。”

“而硅(gui)(gui)基(ji)負極主(zhu)要是通過(guo)擴(kuo)散(san)+合金化(hua)反(fan)(fan)應提(ti)(ti)供容量，首(shou)先硅(gui)(gui)材(cai)料(liao)可從各個(ge)方向提(ti)(ti)供‘Li+’（鋰(li)陽離子）擴(kuo)散(san)的(de)通道，且Li+與硅(gui)(gui)的(de)合金化(hua)和去合金化(hua)反(fan)(fan)應過(guo)程較石墨材(cai)料(liao)中(zhong)Li+擴(kuo)散(san)脫嵌鋰(li)的(de)反(fan)(fan)應動(dong)力(li)學過(guo)程更快，因此可提(ti)(ti)升電(dian)池的(de)快充速度。”曾佑(you)鵬補充表示。

硅基材料量產進度幾何？

既然硅(gui)基(ji)負極材料的快充性(xing)能如(ru)此優(you)異，為何目(mu)前仍沒有大(da)規(gui)模應(ying)用？硅(gui)基(ji)負極材料又(you)存在(zai)哪些問題？

對此，沙(sha)利文(wen)大中華(hua)區(qu)執行總監向威力(li)認(ren)為存在體積膨(peng)脹、電導率降低以及內部應力(li)這(zhe)三大問題。

向威力回復《每(mei)日經(jing)濟新(xin)聞》記(ji)者稱：“硅作為電(dian)池負(fu)極(ji)時，在(zai)充(chong)電(dian)時會(hui)經(jing)歷顯著的體(ti)積膨脹（最(zui)高(gao)可(ke)達300%），這(zhe)可(ke)能導致(zhi)電(dian)池材(cai)(cai)料的結(jie)構破(po)壞，影(ying)響循環穩定性(xing)和(he)(he)電(dian)池壽(shou)命；膨脹和(he)(he)收縮會(hui)導致(zhi)活(huo)性(xing)材(cai)(cai)料的電(dian)導率降低，從(cong)而(er)影(ying)響電(dian)池的整體(ti)性(xing)能和(he)(he)充(chong)放電(dian)效(xiao)率；重復的膨脹和(he)(he)收縮會(hui)導致(zhi)電(dian)池內部(bu)產生(sheng)應力，從(cong)而(er)可(ke)能導致(zhi)電(dian)極(ji)的剝離或裂(lie)紋，增加安(an)全(quan)隱(yin)患。在(zai)極(ji)端情況下，由于硅材(cai)(cai)料的膨脹，可(ke)能導致(zhi)電(dian)池內部(bu)短路或熱失控，從(cong)而(er)影(ying)響電(dian)池的安(an)全(quan)性(xing)。這(zhe)種現象在(zai)極(ji)端情況下可(ke)能導致(zhi)起火或爆炸(zha)。”

曾佑鵬也(ye)認為：“由于體積(ji)變化大，硅基(ji)負極在充放電(dian)過程中(zhong)，固(gu)體電(dian)解質(zhi)界面膜(mo)（SEI）會不斷形(xing)成和破(po)壞，SEI膜(mo)的反復形(xing)成和破(po)壞，將造成電(dian)池容量衰減快，循(xun)環壽命短。”

那么，硅的(de)體積(ji)膨脹與收縮，又該(gai)如何解決呢(ni)？

曾(ceng)佑鵬認為：“一(yi)方面(mian)可通過納(na)米(mi)(mi)結構設計(ji)來減輕硅的體積膨脹，如(ru)使用硅納(na)米(mi)(mi)顆粒、硅納(na)米(mi)(mi)線和硅納(na)米(mi)(mi)片等納(na)米(mi)(mi)結構材料(liao)；另一(yi)方面(mian)是通過引入(ru)碳(tan)基材料(liao)來改善硅基負極材料(liao)的性能，包括(kuo)設計(ji)核殼結構、蛋黃(huang)結構、多孔型結構和嵌入(ru)型結構的硅碳(tan)復合材料(liao)。”

可以看出，硅基負極(ji)材料存(cun)在的(de)問題，也有明確的(de)解決方(fang)案(an)。當(dang)下，硅基負極(ji)材料體系的(de)電(dian)池，量產進度又(you)如(ru)何呢？

向威力介紹：“國內企業的硅材料電池系統主要集中在(zai)硅碳復合、硅氧(yang)復合等(deng)(deng)負極(ji)材料技術方(fang)面(mian)的量(liang)產(chan)(chan)(chan)。國內硅材料電池系統的出貨(huo)量(liang)呈現快速(su)增長(chang)并逐漸商業化的態勢，核(he)心(xin)企業主要包含(han)貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等(deng)(deng)，致力于(yu)產(chan)(chan)(chan)業鏈(lian)的技術研(yan)發、產(chan)(chan)(chan)能擴(kuo)張、制造等(deng)(deng)方(fang)面(mian)。”

其舉例稱，貝特瑞(rui)是(shi)國內最(zui)早量(liang)產(chan)硅(gui)(gui)基負(fu)(fu)極材料(liao)的企(qi)業(ye)之(zhi)一，其中硅(gui)(gui)碳(tan)負(fu)(fu)極材料(liao)已經開(kai)發至(zhi)第五代產(chan)品，比容量(liang)達2000mAh/g以上，截至(zhi)2023年末，硅(gui)(gui)基負(fu)(fu)極材料(liao)產(chan)能達5000噸/年。

杉杉股份早(zao)前曾在互動平臺上、公(gong)告中表示，公(gong)司(si)突破了硅基負(fu)極材(cai)料前驅體(ti)的(de)批量合成核(he)心技(ji)術(shu)、預(yu)鋰化(hua)硅材(cai)料嵌入均(jun)勻性方面的(de)技(ji)術(shu)瓶頸。公(gong)司(si)已領先布局寧波(bo) 4萬噸一(yi)體(ti)化(hua)硅基負(fu)極產(chan)(chan)能基地，其中一(yi)期(qi)產(chan)(chan)能建(jian)設中，預(yu)計 2024 年年底“投(tou)試產(chan)(chan)”。

璞泰來于2023年7月(yue)設立“安徽(hui)紫宸”，啟動年產1.2萬噸硅(gui)基負(fu)極材料（單體）的項目建(jian)設，計劃2025年開始逐(zhu)步分(fen)期投產。

向威力總(zong)結稱(cheng)，目前(qian)國內(nei)外有超40家(jia)廠商布局硅材(cai)料電池系統，行(xing)業進入商業化量產階(jie)段(duan)。

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