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众所周知，电(dian)动汽车(che)(che)的里程续(xu)航(hang)问题一直是(shi)消费者(zhe)迫切关注的痛点，这跟(gen)锂电(dian)池的能(neng)量密(mi)度息(xi)息(xi)相关，众电(dian)池厂商、车(che)(che)企(qi)无不使(shi)劲浑身(shen)解数，想要进(jin)一步挖掘电(dian)池能(neng)量密(mi)度提升的空间，为(wei)此大多采用以下途径：例如优化电(dian)池结构、提高活(huo)性(xing)材料(liao)能(neng)量密(mi)度、降低非(fei)活(huo)性(xing)材料(liao)占比(bi)等(deng)。

目前商(shang)业化锂(li)电池广泛(fan)使(shi)用的石(shi)墨(mo)负极的容(rong)量在360mAh/g左右，已经非常接近其理论比容量（372mAh/g），因此很难在石墨负极上获得突破，于是人们将目光转向硅材料，锂电池中，硅材料理论比容量为4200mAh/g，且硅的脱锂电位比较低，因此硅作为负极可以减少材料用量、提高电池能量密度，是动力电池负极材料接下来的重要发展方向。

碳材料与(yu)硅材料性能对(dui)比

硅基负极技术发(fa)展现状

硅(gui)作为负极材(cai)(cai)料会产生(sheng)很大的(de)体积变(bian)化，随充放电(dian)(dian)发生(sheng)的(de)持续收(shou)缩膨胀会造成材(cai)(cai)料粉末化，影响电(dian)(dian)池循环寿命。目前商业化的(de)硅(gui)材(cai)(cai)料负极一般为硅(gui)碳复合体系，有(you)单(dan)质硅-碳负极和硅氧化物-碳负极两种(zhong)，相比(bi)之下，硅(gui)氧化物(wu)-碳负极较单质硅-碳负极体积膨胀更小、倍率性能更佳，但是容量和首循环库伦效率较低。

硅(gui)(gui)碳(tan)(tan)复(fu)合体(ti)(ti)系(xi)中，碳(tan)(tan)可以改善(shan)材(cai)(cai)料(liao)的导电性(xing)，缓冲硅(gui)(gui)的体(ti)(ti)积变化(hua)，避免硅(gui)(gui)颗粒的团聚等(deng)，对硅(gui)(gui)碳(tan)(tan)材(cai)(cai)料(liao)的结构进行合理设计可以更好地抑制材(cai)(cai)料(liao)的体(ti)(ti)积变化(hua)，例如(ru)可以将硅(gui)(gui)碳(tan)(tan)材(cai)(cai)料(liao)设计成核-壳结构、多孔结构等，为体积膨胀预留容纳或缓冲空间。

常见的核-壳结构

此(ci)外，硅碳负(fu)极(ji)还有一个问题引(yin)人关注，由于硅负(fu)极(ji)材料(liao)表面(mian)形成SEI膜需要消耗大量锂源，降低电池首效，通常采用预锂化的方式来解决这一问题。例如，引入锂箔、锂粉、预锂化添加剂等，通过物理、化学或电化学手段提前补充形成SEI膜所需要的锂源，可有效提高电池首效。

综(zong)上，硅碳负(fu)极具(ju)有高容量，但(dan)是体积膨(peng)胀等问(wen)题导致(zhi)其寿命(ming)略(lve)低，因此通常(chang)搭配循环(huan)寿命(ming)同样较低但(dan)比容量高的高镍NCM正极，并通过补锂手段提高首效，最大化提高电池能量密度。

硅基(ji)负(fu)极的(de)产(chan)业化现状

硅(gui)碳负(fu)极(ji)材料(liao)在国内的发展(zhan)处于(yu)初(chu)期阶段。在国内，比亚迪、宁德时代、国轩高科、贝(bei)特瑞、杉杉股份、力神、比克、万向等都展(zhan)开了对(dui)硅(gui)碳负(fu)极(ji)材料(liao)的布局。

据统(tong)计，2020年中国硅碳负极材料出货量为0.9万吨，仅占负极材料出货量的约2%。贝特瑞的产业化(hua)速度为行业最快，2013年就开始向三星批量供货，其硅(gui)碳(tan)负极材料(liao)已打入了特斯拉的供应链，为松下的动力电(dian)池(chi)电(dian)芯配套部分负极材料(liao)；杉(shan)杉(shan)股份的硅(gui)碳负极材料(liao)也已实现产(chan)业化，其高容量硅合金负极材料可满足新能源乘用车300wh/kg性能要求，并已对CATL实现供货。

国内负极(ji)材料巨(ju)头的硅碳负极(ji)产业(ye)化现(xian)状

硅基(ji)负极的(de)应用(yong)现状

除(chu)了应用(yong)在三元电池中，2021年1月，国轩高科正式发布能量密度为210Wh/kg的软包磷酸铁锂电芯，并声称在磷酸铁锂化学体系中首次成功地应用了硅负极材料。

而目(mu)前硅碳负极由于(yu)(yu)价格(ge)太高，主要应用于(yu)(yu)高端车(che)型。今年来，随着(zhe)车(che)企在高端市场的竞争加剧(ju)，搭载硅碳负极电(dian)池的车(che)型也开始扎堆出(chu)现。

（1）特斯拉：从掺硅到直接采用硅负极

特(te)斯拉一直使用(yong)的圆柱型电(dian)池结构对(dui)硅碳负(fu)极体积(ji)膨胀的抑制效果较好，从几年前的Model S和Model X开始，特斯拉就已经在石墨负极中掺杂硅材料，只是当时硅的成分极少。到了Model 3阶段，特斯拉使用的21700电池中硅的比例再次得到提升，其能量密度较上一代18650电池提升了约20%，达到300Wh/kg，目前Model 3的续航里程在500-600公里左右。

在2020年9月22日“电池日”，Tesla明确计划未来将采用硅负极，计划采用冶金硅作为原料，通过离子导电高分子进行涂覆、以及特殊胶粘剂混合的形式，改善硅负极的性能。

特斯拉的(de)几代圆柱(zhu)电池

（2）广汽埃安——海绵硅负极片电池技术

广(guang)汽(qi)埃(ai)安今(jin)年公布了(le)其自研的海绵硅负(fu)极电池(chi)技术，该技术包括“纳米复合硅技术”“自修复粘结剂技术”“梯度复合涂布技术”等，让电池内部的硅负极片像海绵一样柔软有弹性，使硅在充放电过程中的膨胀和收缩被限制和缓冲，不会碎裂。同时，也像海绵吸水一样，让硅负极发挥大容量的优势，储存更多的能量。

通过该技术(shu)，可以实现锂离子电(dian)池单体电(dian)芯体积减小20%，重量减轻14%；未来会进一步将体积和重量都减小和减轻一半以上。该技术还对延长电池使用寿命、提高锂离子电池可靠性有明显的作用。搭载海绵硅负极片电池技术的广汽埃安AION LX可实现续航里程超过1000km，有望在今年年内投产。

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广汽埃安(an)AION LX采用(yong)三(san)元搭配海绵硅负极

（3）蔚来——硅碳负极+半固态电解质+高镍正极

蔚来于1月份举办的NIO Day上宣布预期于2022年交付150kWh电池包，采用原位固化固液电解质、无机预锂化硅碳负极、纳米级包覆超高镍正极，单体能量密度可达360Wh/kg，蔚来ET7将搭载这款电池。

蔚来150kWh电池包

（4）智已汽车——“掺硅补锂”技术

1月份(fen)，上汽(qi)集(ji)团及浦东(dong)新区、阿里巴巴的智(zhi)己汽(qi)车发布了(le)首款车型(xing)——智己L7，它的118kWh电池的高配版本，采用了与宁德时代合作的“掺硅补锂”技术，可以实现单体300Wh/kg能量密度，将NEDC续航提升到1000km，而且具有20万公里零衰减和“永不自燃”的特性，该高配版本计划(hua)于2022年上市。

智已汽车联手(shou)宁德时代

总结

目(mu)前商业(ye)化的硅基负极(ji)材料主要包(bao)括碳(tan)包(bao)覆(fu)(fu)氧化亚硅、纳(na)米(mi)硅碳(tan)、无定型硅合金(jin)、硅纳(na)米(mi)线四种，其中(zhong)碳(tan)包(bao)覆(fu)(fu)氧化亚硅、纳(na)米(mi)硅碳(tan)商业(ye)化程度最高(gao)。当前各(ge)家(jia)电池厂(chang)及车厂(chang)在下一代电池设(she)计中都已经在大规模使用(yong)硅，硅(gui)基负(fu)极(ji)材料(liao)产品也必将呈现高(gao)增(zeng)长的趋势，锂(li)电行(xing)业正逐渐迎来(lai)硅(gui)基负(fu)极(ji)全面(mian)爆发的时(shi)代。

参(can)考来(lai)源：

1. 硅负(fu)极(ji)应用(yong)现状，NE时代；

2. 网络上(shang)各类产业布(bu)局及(ji)产品发布(bu)新闻；

粉体(ti)圈(quan) 小吉

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