每經記者｜朱成祥    每經編輯｜文(wen)多    

近年(nian)來(lai)，隨著(zhu)新能源(yuan)汽車滲透(tou)率的提升，節假日高(gao)速(su)服務區排隊充電的現(xian)象(xiang)日益嚴重(zhong)。然而(er)，隨著(zhu)快充技術的進(jin)步(bu)，這一問(wen)題有望(wang)得到顯著(zhu)改(gai)善(shan)。

目前，許多(duo)快(kuai)充技術已能達到充電(dian)5分鐘，續航(hang)100公(gong)里(li)(li)的水平。9月(yue)25日，上(shang)汽(qi)通用汽(qi)車宣布，與寧德(de)時(shi)代合作推(tui)出了一款6C（倍率）超(chao)快(kuai)充磷酸鐵鋰(li)電(dian)池，能夠(gou)在(zai)充電(dian)5分鐘的情(qing)況(kuang)下(xia)使(shi)續航(hang)里(li)(li)程增加200公(gong)里(li)(li)以上(shang)，并計(ji)劃于明年(nian)起在(zai)準900V高壓(ya)電(dian)池架構中投入使(shi)用。此外，據報道，輝能科技近(jin)日在(zai)巴黎車展期(qi)間首(shou)次展出“100%復合硅陽(yang)極”（即硅基負極）電(dian)池系(xi)統，公(gong)司稱(cheng)其充電(dian)5分鐘可續航(hang)約(yue)300公(gong)里(li)(li)。

充電(dian)5分鐘，從續航100公(gong)里(li)到200公(gong)里(li)，再到300公(gong)里(li)，未來電(dian)車或將與油車一樣方(fang)便地補(bu)能。

如何做到快充

從上汽通用(yong)(yong)的描述看，其與(yu)寧德時代(dai)共同推出的6C電(dian)池，可(ke)能(neng)仍屬于石墨(mo)(mo)負極體系。上汽通用(yong)(yong)稱，該(gai)電(dian)池使用(yong)(yong)“第二代(dai)石墨(mo)(mo)快離子(zi)環(huan)技(ji)術(shu)”，搭配多梯度分層極片，搭建起(qi)了電(dian)流傳導(dao)的“高速公路”，顯著縮(suo)短了充(chong)放電(dian)時間，實現了更高的能(neng)量(liang)密度和(he)更高的循環(huan)穩定(ding)性。

相比之下(xia)，輝能(neng)科技(ji)則使(shi)用硅(gui)(gui)基負極體系。目前(qian)，硅(gui)(gui)基負極主要分硅(gui)(gui)碳(tan)負極、硅(gui)(gui)氧負極。對于輝能(neng)科技(ji)使(shi)用何種材料體系，《每日(ri)經(jing)濟新聞》記者(zhe)采訪了TrendForce集(ji)邦(bang)咨詢(xun)分析(xi)師(shi)曾(ceng)佑鵬，其(qi)表(biao)示：“輝能(neng)科技(ji)推(tui)出的100%硅(gui)(gui)基負極并(bing)非純硅(gui)(gui)，是高容量（2100~3100mAh/g）的硅(gui)(gui)氧體系復合材料”。

輝能科技官網顯示，具體而(er)言，其硅復合(he)負(fu)極電池充(chong)電5分鐘(zhong)可續(xu)航約300公里，相較業(ye)界快充(chong)標準（30分鐘(zhong)），縮(suo)短了(le)83.3%的充(chong)電等待(dai)時間(jian)，提升了(le)充(chong)電周轉率(lv)，解決了(le)充(chong)電站不足與充(chong)電時間(jian)過長的困(kun)境。

該電(dian)池體積能量(liang)密(mi)度達到749Wh/L，重量(liang)能量(liang)密(mi)度則(ze)達到321Wh/kg。公(gong)司稱(cheng)，根據德國萊茵實驗室的測試數(shu)據，該電(dian)池系統能在(zai)充(chong)電(dian)5分鐘內，從5%電(dian)量(liang)充(chong)至60%，充(chong)電(dian)8.5分鐘則(ze)可達到80%。

不過(guo)，輝(hui)能(neng)科技(ji)未說明該(gai)電池何時量產。對此，10月21日(ri)，《每日(ri)經濟新聞》記者(zhe)試(shi)圖通過(guo)郵件的方式(shi)聯(lian)系輝(hui)能(neng)科技(ji)，但并未成功(gong)。

對(dui)于硅(gui)基(ji)材(cai)料為何快充(chong)(chong)性(xing)能如此(ci)優異，曾(ceng)佑(you)鵬告訴記者，硅(gui)基(ji)負極適用快充(chong)(chong)，主要(yao)(yao)與其儲鋰機理有(you)關，傳統石(shi)墨材(cai)料主要(yao)(yao)是通過擴(kuo)散嵌鋰提供容量，石(shi)墨材(cai)料為層狀結構，充(chong)(chong)電時(shi)發生插層反(fan)應，鋰離子必(bi)須從材(cai)料的(de)端面嵌入并擴(kuo)散至顆(ke)粒內部，導致(zhi)傳輸路徑較長(chang)，嵌鋰過程較慢，限制了其快充(chong)(chong)性(xing)能。

“而硅(gui)基負極(ji)主要是通過(guo)擴散+合金化(hua)(hua)反(fan)應(ying)(ying)提(ti)供容量，首先硅(gui)材(cai)料可從各個(ge)方向提(ti)供‘Li+’（鋰(li)(li)陽離子(zi)）擴散的(de)通道(dao)，且Li+與硅(gui)的(de)合金化(hua)(hua)和去合金化(hua)(hua)反(fan)應(ying)(ying)過(guo)程較石墨材(cai)料中Li+擴散脫(tuo)嵌鋰(li)(li)的(de)反(fan)應(ying)(ying)動(dong)力學過(guo)程更(geng)快(kuai)，因(yin)此可提(ti)升電池的(de)快(kuai)充速度。”曾佑鵬補充表示。

硅基材料進入量產階段

既(ji)然(ran)硅基負(fu)極(ji)材料的快(kuai)充性(xing)能如此優異(yi)，為何目前仍沒有大(da)規模應用？硅基負(fu)極(ji)材料又(you)存在哪些問題？

對此，沙利文大(da)中華區執行總監向威力認為，硅基負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)存在體積膨脹、電導(dao)率降低以及內部應(ying)力這三大(da)問題。

向威力(li)回復《每(mei)日經(jing)濟新(xin)聞(wen)》記者(zhe)稱：“硅(gui)作為電池(chi)(chi)(chi)負(fu)極時，在(zai)充電時會經(jing)歷顯(xian)著的(de)體積膨(peng)脹（最高可(ke)達(da)300%），這可(ke)能(neng)導(dao)(dao)致(zhi)電池(chi)(chi)(chi)材(cai)料(liao)(liao)的(de)結構(gou)被破(po)壞，影響循環穩定(ding)性(xing)和(he)(he)電池(chi)(chi)(chi)壽(shou)命；膨(peng)脹和(he)(he)收縮(suo)會導(dao)(dao)致(zhi)活性(xing)材(cai)料(liao)(liao)的(de)電導(dao)(dao)率(lv)降低，從(cong)而(er)影響電池(chi)(chi)(chi)的(de)整(zheng)體性(xing)能(neng)和(he)(he)充放(fang)電效率(lv)；重復的(de)膨(peng)脹和(he)(he)收縮(suo)會導(dao)(dao)致(zhi)電池(chi)(chi)(chi)內部產(chan)生(sheng)應力(li)，從(cong)而(er)可(ke)能(neng)導(dao)(dao)致(zhi)電極的(de)剝離或裂紋(wen)，增加安全隱患。在(zai)極端情(qing)況(kuang)下，由于硅(gui)材(cai)料(liao)(liao)的(de)膨(peng)脹，可(ke)能(neng)導(dao)(dao)致(zhi)電池(chi)(chi)(chi)內部短路或熱(re)失控，從(cong)而(er)影響電池(chi)(chi)(chi)的(de)安全性(xing)。這種(zhong)現象在(zai)極端情(qing)況(kuang)下可(ke)能(neng)導(dao)(dao)致(zhi)起火或爆炸。”

曾佑(you)鵬(peng)也認為：“由于體(ti)積(ji)變(bian)化(hua)大，硅基負極(ji)在充(chong)放(fang)電過程中，固體(ti)電解質界面膜（SEI）會不斷形成和(he)破壞(huai)，SEI膜的反復形成和(he)破壞(huai)，將造成電池容量衰減快，循環壽命短。”

那(nei)么，硅基材料的體積膨(peng)脹與收縮問題(ti)，又(you)該如何(he)解(jie)決？

曾佑(you)鵬(peng)認為：“一方(fang)面可通過納(na)(na)米(mi)(mi)結(jie)(jie)構(gou)設(she)計來減輕硅(gui)(gui)的體(ti)積膨脹，如使用硅(gui)(gui)納(na)(na)米(mi)(mi)顆粒、硅(gui)(gui)納(na)(na)米(mi)(mi)線和(he)硅(gui)(gui)納(na)(na)米(mi)(mi)片等(deng)納(na)(na)米(mi)(mi)結(jie)(jie)構(gou)材料(liao)；另一方(fang)面是通過引入(ru)碳基材料(liao)來改善硅(gui)(gui)基負極材料(liao)的性能，包(bao)括(kuo)設(she)計核(he)殼(ke)結(jie)(jie)構(gou)、蛋黃結(jie)(jie)構(gou)、多孔型結(jie)(jie)構(gou)和(he)嵌入(ru)型結(jie)(jie)構(gou)的硅(gui)(gui)碳復合材料(liao)。”

可(ke)以看出，硅基(ji)負(fu)(fu)極材料(liao)(liao)存在的問題，也有明確(que)的解決(jue)方案(an)。當(dang)下，硅基(ji)負(fu)(fu)極材料(liao)(liao)體系的電池，量產進度如何？

向威力介紹，國內企業(ye)的(de)硅基材料電池系(xi)統主要集中(zhong)在(zai)硅碳復合、硅氧(yang)復合等(deng)(deng)負(fu)極材料技術方面(mian)。國內硅基材料電池系(xi)統的(de)出貨量呈現快速增(zeng)長并逐(zhu)漸商(shang)業(ye)化的(de)態(tai)勢，核(he)心企業(ye)主要包括貝特瑞(rui)、杉杉股(gu)份、璞泰來等(deng)(deng)，致力于產業(ye)鏈的(de)技術研(yan)發、產能(neng)擴(kuo)張、制造等(deng)(deng)方面(mian)。

其舉例(li)稱，貝特瑞是國內最早量產硅基負(fu)(fu)極(ji)材(cai)料的企業之一(yi)，其中硅碳負(fu)(fu)極(ji)材(cai)料產品已(yi)經開(kai)發(fa)至第五(wu)代，比容量達2000mAh/g以上，截至2023年末(mo)，硅基負(fu)(fu)極(ji)材(cai)料產能達5000噸/年。

杉杉股份早前(qian)在互動(dong)平臺以及(ji)公司公告中(zhong)表示，公司突破了硅基負極材(cai)料前(qian)驅(qu)體的(de)(de)批(pi)量合(he)成(cheng)核(he)心技術(shu)、預鋰化硅材(cai)料嵌入均(jun)勻性(xing)方面的(de)(de)技術(shu)瓶頸(jing)。公司已領(ling)先布局寧波4萬噸(dun)一體化硅基負極產能(neng)基地，其中(zhong)一期產能(neng)建設中(zhong)，預計2024年(nian)年(nian)底“投試產”。

璞泰來于2023年(nian)7月設(she)立(li)“安徽(hui)紫(zi)宸”，啟動(dong)年(nian)產(chan)(chan)1.2萬噸硅基負極(ji)材(cai)料(liao)（單體(ti)）的項目建設(she)，計劃2025年(nian)開始逐步分期投(tou)產(chan)(chan)。

向威力(li)總結稱，目前國內外有(you)超40家廠(chang)商(shang)(shang)布局(ju)硅基(ji)材料電池系統，行(xing)業進(jin)入商(shang)(shang)業化量產(chan)階段。