梅賽德斯-奔馳將從2025年起在其G級車中使用一種新的高能量密度電池，該電池使用硅基陽極，其能量密度比目前的同類電池高20-40%。硅基陽極的市場潛力已經(jīng)逐漸打開，它已經(jīng)開始出現(xiàn)在電動工具電池、高端數(shù)碼電池和動力電池中。

據(jù)報道，該電池由CATL提供，而陽極材料來自Sila Nanotechnologies（”Sila Nano”），這是一家由前特斯拉工程師創(chuàng)立的加州初創(chuàng)公司。

 

梅賽德斯-奔馳向全電動轉(zhuǎn)型

梅賽德斯-奔馳召開了從 “電力優(yōu)先 “向 “全電動 “轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略發(fā)布會，并計劃在2030年實(shí)現(xiàn)全電動模式。

其中，在電池技術(shù)路線方面，首席技術(shù)官Sajjad Khan表示，下一代動力電池將根據(jù)不同市場客戶的需求調(diào)整化學(xué)成分。

將與電池材料公司SilaNano和其他合作伙伴在負(fù)極技術(shù)方面進(jìn)行合作，通過硅基負(fù)極技術(shù)將電池能量密度提高到900Wh/L；未來將加強(qiáng)與合作伙伴的合作，進(jìn)一步推廣高硅負(fù)極技術(shù)。

現(xiàn)在看來，SilaNano的硅基負(fù)極技術(shù)已經(jīng)基本成熟，即將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，奔馳公司也將配備使用這種技術(shù)的動力電池。

那么，什么是硅基陽極電池，有什么優(yōu)勢和劣勢？CATL的硅基陽極電池采用什么獨(dú)特的技術(shù)，這種電池將在哪里生產(chǎn)？

 

 

什么是硅基陽極電池

隨著汽車公司和消費(fèi)者對更長的巡航里程的要求越來越高，以石墨為電極的動力電池已經(jīng)不能滿足需求，為了提高電池的能量密度，需要提高正極材料和負(fù)極材料的比容量。

動力電池的正極材料一般采用高鎳材料，大家熟悉的811就是一種；負(fù)極材料是硅基負(fù)極。

之所以選擇硅，是因?yàn)榻?jīng)過幾十年的發(fā)展，傳統(tǒng)石墨負(fù)極的比容量已經(jīng)達(dá)到360~365mAh/g，與372mAh/g的理論比容量非常接近，提升的空間有限。

硅基負(fù)極材料的理論克容量為4200Ah/g，是石墨負(fù)極容量上限的10倍，在目前的技術(shù)水平下，要實(shí)現(xiàn)300Wh/kg的電池，硅基負(fù)極必不可少。

據(jù)資料顯示，硅基負(fù)極材料一般分為兩類。一種是硅碳負(fù)極，即納米硅和石墨混合而成。理論克容量超過3000mAh/g，但實(shí)際容量只有2000多mAh/g；另一種是氧化硅負(fù)極，氧化硅與石墨混合作為負(fù)極，大概克容量為1400-1800mAh/g。

目前，這兩種負(fù)極的應(yīng)用重點(diǎn)是不同的。國軒高科工程研究院負(fù)極材料技術(shù)負(fù)責(zé)人林少雄曾表示，中國的硅碳負(fù)極一般多用于3C產(chǎn)品；在動力電池方面，一般采用硅氧負(fù)極。

但硅也有很大的缺點(diǎn)。膨脹率高，充放電膨脹率可以達(dá)到300%左右；產(chǎn)量低，目前國內(nèi)只有貝特瑞可以大量供應(yīng)；

成本高。目前硅基陽極的市場價格為20-30萬元/噸，是中端人造石墨價格5萬元/噸的4-6倍，而毛利率為50%。

 

 

雖然成本上的困難影響了硅基負(fù)極在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用，但市場上已經(jīng)有少數(shù)車型開始使用硅基負(fù)極材料。同時，這也意味著硅基負(fù)極材料在動力電池領(lǐng)域有更大的發(fā)展空間，尤其是即將推出的4680電池將成為改變市場的一股暖風(fēng)。

中金公司在最近的一份研究報告中明確判斷，2022年有望成為硅基負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化元年。據(jù)估計，2025年全球硅基陽極的需求量有望達(dá)到20萬噸。

其中，消費(fèi)類電池的滲透率有望達(dá)到50%，對應(yīng)的硅基陽極需求量約為7萬噸；圓柱形和方形動力電池的滲透率分別為35%和20%，對應(yīng)的硅基陽極需求量約為13萬噸。

 

CATL中的硅基陽極電池

出于對成本的考慮，為了保持材料能量密度和穩(wěn)定性之間的平衡，”摻硅補(bǔ)鋰 “是目前硅基陽極的主要技術(shù)方向。

然而，摻硅和補(bǔ)鋰是兩種技術(shù)。負(fù)極摻硅是為了提高能量密度，而補(bǔ)鋰是為了提高循環(huán)壽命。它們都有助于提高動力電池的性能，并已被廣泛用于具有較高能量密度的產(chǎn)品中。

前面已經(jīng)介紹了硅基的優(yōu)缺點(diǎn)，這里我們重點(diǎn)介紹一下補(bǔ)鋰技術(shù)。補(bǔ)鋰技術(shù)是預(yù)鋰化技術(shù)，目的是為了彌補(bǔ)鋰的損耗，延長循環(huán)壽命，從而達(dá)到減緩衰減的效果。

之所以要補(bǔ)鋰，主要是由于硅陽極材料的第二大缺點(diǎn)–首發(fā)效率低。目前，補(bǔ)鋰技術(shù)存在兩個瓶頸：安全性和技術(shù)成熟度。

根據(jù)CATL過去幾年披露的信息，他們也在使用摻硅的補(bǔ)鋰技術(shù)，并且他們已經(jīng)配備了過量的模型。

2019年3月，CATL宣布其研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克了高鎳三元材料、硅碳負(fù)極材料等關(guān)鍵核心技術(shù)，并率先研發(fā)出能量密度達(dá)304Wh/kg的電池樣品。

2021年1月13日，由上汽集團(tuán)、張江高科和阿里巴巴集團(tuán)共同打造的知豆汽車發(fā)布了新的汽車品牌 “IM知豆”，并在全球首次推出兩款量產(chǎn)車型。新車將配備由上汽集團(tuán)和CATL共同研發(fā)的 “摻硅鋰離子電池 “技術(shù)的電池，最大巡航里程超過1000公里。

現(xiàn)在，奔馳G級車型也將使用CATL的硅基陽極電池，這也意味著CATL的新技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

 

 

然而，”CATL主要面臨的是成本效益問題。應(yīng)用硅基陽極的成本太高。如果能量密度為550Wh/kg的電池能夠大規(guī)模生產(chǎn)，說明硅基陽極的應(yīng)用已經(jīng)成熟”。一位硅基陽極研發(fā)人士透露。

至于另一個大客戶–儲能電池TOP5企業(yè)中的特斯拉的4680電池，據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，CATL已經(jīng)規(guī)劃了8條4680電池生產(chǎn)線，總產(chǎn)能為12GWh。

值得注意的是，上述陽極材料生產(chǎn)商西拉納米公司位于美國舊金山灣區(qū)?？紤]到生產(chǎn)線的組裝效率和成本，CATL在美國生產(chǎn)電池的可能性可能更大。