近期，有媒體報道，奔馳將從2025年開始在其推出的G-Class中采用一種新的高能量密度電池，該電池使用硅基陽極，能量密度比目前可用的同類電池高20-40%。

 

　　Part1:什么是硅基陽極？

 

　　顧名思義，就是硅為主的陽極材料。從技術(shù)角度來看，目前主要的陽極材料是石墨，石墨導(dǎo)電且穩(wěn)定，非常適合在充電期間將鋰離子填充到電池的陽極中，因此長期被用作電池的陽極材料，也稱為石墨基陽極。

 

　　電化學(xué)原理中，在固定單位體積內(nèi)，一定數(shù)量的鋰離子聚集在陽極的外表面，叫做理論比容量，理論比容量越高，電池的能量密度也就越高。但隨著動力電池的發(fā)展，石墨基陽級的利用率已經(jīng)接近理論極限，陽極能量密度也接近瓶頸，為了提升理論比容量，市場上開發(fā)出了石墨烯電池、硅基陽極電池等。

 

　　有知情人士表示，應(yīng)用了硅基陽極的電池包，理論能量密度提升至20%以上，可以大幅提升電動車的續(xù)航水平，但以目前的技術(shù)水平，硅陽極電池的能量密度可以提升10-15%，且商業(yè)化需要2年左右。

 

　　阻礙商業(yè)的化的原因有很多，例如硅遇到鋰時會膨脹，可能導(dǎo)致鋰電池正極開裂和粉化等。

 

　　好在目前，行業(yè)研究人員設(shè)計了一種新型納米結(jié)構(gòu)來突破這種困難，他們將細(xì)小的硅顆粒聚集成直徑約為8微米的微球，形成相當(dāng)于紅細(xì)胞大小的層狀多孔硅結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)就像海綿，內(nèi)部有空間來吸收膨脹壓力。

 

　　研究表明，層狀多孔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、機械強度和結(jié)構(gòu)完整性，可用作高性能鋰離子電池的陽極，其可保持的電荷是典型石墨基陽極的兩倍，因此當(dāng)與高能正極配對時，有望獲得高比能量密度。

 

　　這意味著，硅基陽極電池的應(yīng)用離我們越來越近了。

 

　　Part2:德系品牌紛紛押注

 

　　NCM 811是陰級材料的一次巨大的商業(yè)創(chuàng)新，其商業(yè)化加速了中國新能源車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

 

　　從市場來看，NCM811電池能量密度高，成本更低，搭載這種電池的純電車型質(zhì)量更輕，續(xù)航更長，售價也更便宜。

 

　　在德系豪華品牌看來，硅基陽極電池是一次比肩NCM811商業(yè)化的偉大陽極材料創(chuàng)新。它的商業(yè)化應(yīng)用能夠使得電動汽車能夠在維持與當(dāng)前相同的續(xù)航里程情況下，減少電芯的使用數(shù)量，從而降低電池組的整體成本和尺寸。

 

　　2019年，作為領(lǐng)投方的梅賽德斯-奔馳宣布投資Sila Nano（一家硅基陽極電池研發(fā)公司），投資規(guī)模達(dá)到1.7億美元；而此前一年，寶馬與Sila Nano建立長期合作，共同為汽車市場開發(fā)Sila Nano的硅陽極材料。

 

　　奔馳與Sila Nano合作研發(fā)的Whoop Strap 4.0電池，將首搭在奔馳EQG車型上亮相。

 

　　據(jù)了解，奔馳計劃其量產(chǎn)版車型將在2024年開始生產(chǎn)，并于2025年推向市場。

 

 

　　除此之外，寶馬發(fā)言人也曾透露，寶馬計劃在2023年將Sila Nano生產(chǎn)的電池集成于車輛，以將車輛電池容量提升10%至15%。“我們專注于提供具有成本效益且能夠兌現(xiàn)電動汽車承諾的材料，努力確保更長的續(xù)航里程、縮短充電時間。”Sila Nano首席執(zhí)行官Gene Berdichevsky曾表示。

 

　　研發(fā)公司Sila Nano方面稱，如果用采用硅基材料作為電池陽極，代替現(xiàn)有的石墨陽極，電池的效能將提升20%，進(jìn)一步優(yōu)化可以將效能提升40%，可以讓電池更輕、更安全，同時能量密度更高。“在電池效能提升的同時，我們的陽極產(chǎn)品不會讓制造工藝更加復(fù)雜，硅基材料陽極將直接代替石墨，電池工廠不需要更改制造工藝和制造設(shè)備。”Sila Nano表示。

 

 

　　從電池的制造規(guī)模來看，中國電池公司的規(guī)模在世界范圍都遙遙領(lǐng)先，為此奔馳此前曾透露說，將會由寧德時代提供新型高密度電池，但從未傳出寧德時代自研硅基陽極電池，為此羊咩咩猜測，此后Sila Nano等研發(fā)公司有望以2級供應(yīng)商的身份，為寧德時代等提供新型陽極材料，然后由寧德時代制造出電芯給車企。

 

　　在國外，類似的電池公司也在積極嘗試自研自產(chǎn)，Sila Nano在今年5月初表示，將投資數(shù)億美元在美國華盛頓州投建一家新工廠，并計劃于2024年投產(chǎn)，初期產(chǎn)能可滿足10萬輛電動車的電池供應(yīng)，遠(yuǎn)期目標(biāo)則達(dá)到100萬輛，可見商業(yè)化進(jìn)展十分順利。

 

　　受到汽車制造商青睞的，還有動力電池領(lǐng)域另一家初創(chuàng)企業(yè)Group14。

 

　　今年5月，作為4億美元C輪融資的一部分，保時捷向Group14注入了1億美元。

 

　　未來，Group14將向保時捷子公司Cellforce提供電池材料產(chǎn)品，而后者則是保時捷與德國電池制造商Customcells于2021年成立的合資電池公司，該公司同樣旨在為高性能車輛開發(fā)和生產(chǎn)硅基陽極電池。

 

　　“硅陽極電池的能量密度要高10倍，我們將在2025年之后看到它出現(xiàn)在量產(chǎn)汽車中。”在保時捷電動車負(fù)責(zé)人奧特馬爾·比徹預(yù)計。

 

　　可見，硅基陽極電池已經(jīng)成為德系車企進(jìn)軍新能源方面的重要押注。

 

　　Part3：總結(jié)

 

　　羊咩咩查閱資料發(fā)現(xiàn)，中國市場對硅基陽極電池的報道并不多，各大電池廠商更加傾向于無辜電池、鈉離子電池、固態(tài)電池、石墨烯電池等技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新，從行業(yè)來看，目前，電動車尚處于發(fā)展初期，技術(shù)競爭，百花齊放，或?qū)⒊蔀樾鲁B(tài)。