中國粉體網(wǎng)訊  近日,，由斯坦福大學華人教授崔屹創(chuàng)立的美國Amprius公司宣布，將出貨第一批商業(yè)化的450Wh/kg鋰離子電池單元,，據(jù)稱這是世界上第一個實現(xiàn)了100%硅納米線負極的鋰離子電池（直接替代了常見的石墨負極材料）,，也是目前“世界最高密度”的商業(yè)化電池單元，將被用在新一代高空偽衛(wèi)星（HAPS）上,。

負極作為鋰離子電池的重要組成部分,，高容量的負極材料可以有效提升全電池能量密度。負極在電池里主要充當怎樣的角色呢,？鋰電池要實現(xiàn)充放電,，實際上是電子的嵌入和脫出的過程，負極材料負責在充電過程中起儲鋰作用,，其脫嵌鋰電壓和比容量對電池能量密度影響較大,。優(yōu)異的負極材料需同時具備低的脫嵌鋰電壓、高的比容量以及良好的倍率特征和循環(huán)性能,。

目前,，市面上主流鋰電池的負極都是采用石墨材料，因為石墨微觀下具有層狀結(jié)構(gòu),，性能穩(wěn)定,，而且實際比容量密度可以與理論比容量相接近。但經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展,，目前最常用的石墨材料實際比容量已經(jīng)可以達到360~365mAh/g,，十分接近理論比容量（372mAh/g）,，因而繼續(xù)改善石墨負極性能對鋰離子電池性能提升十分有限。問題是在石墨負極中,，存儲一個鋰離子需要６個碳原子,，而每個硅原子卻可與４個鋰離子結(jié)合，可以看出,，相同體積的硅負極材料儲存的電荷量是石墨負極的10倍，換言之,，硅負極能讓電池的能量密度直接提高一個數(shù)量級,。

相較于石墨材料，硅負極材料最大的優(yōu)點是其理論容量高達4200mAh/g,，是傳統(tǒng)石墨材料的10倍以上,，而且具有較低的充放電平臺；硅負極材料與電解液反應(yīng)活性低,，不容易促使電池內(nèi)部的固體電解質(zhì)界面膜持續(xù)地生成,，相比而言可有效減少電解液的消耗，進而減少容量的損耗,。以此為基礎(chǔ),，硅負極電池包容量可以一舉突破100kW·h，甚至在更遠的將來也有希望實現(xiàn)1000kW·h,。

同時,，硅材料來源廣、儲量豐富,、本身無毒及對環(huán)境友好,，并且在太陽能領(lǐng)域和半導體產(chǎn)業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)開發(fā)技術(shù)較為成熟,，這將很大程度降低其生產(chǎn)成本,。因此，硅負極是行業(yè)內(nèi)公認的下一代高比能鋰離子電池負極材料的首選,。

過去幾年受制于產(chǎn)品售價較高及配套產(chǎn)業(yè)鏈不成熟等原因,，硅碳負極產(chǎn)業(yè)化進展不及預期。隨著硅碳負極在消費及動力電池電池中滲透率的提升,，硅碳負極需求量有望持續(xù)增長,。據(jù)業(yè)內(nèi)預計，2025年全球硅碳負極需求量有望達到20萬噸,，較2020年約萬噸的需求將有明顯提升,。考慮到消費用硅碳負極技術(shù)較成熟,，預計至2025年滲透率有望達到50%,，對應(yīng)約7萬噸硅碳負極需求,；而對于動力用硅碳負極，受益于產(chǎn)業(yè)鏈配套的逐步完善,，預計至2025年硅碳負極在圓柱動力電池,、方形動力電池中滲透率有望達到35%、20%,，對應(yīng)約13萬噸硅碳負極需求,。

自2021年以來，特斯拉,、比亞迪等企業(yè)相繼開始量產(chǎn)使用硅碳負極的動力電池產(chǎn)品,，部分負極企業(yè)也開始投資建設(shè)硅碳負極產(chǎn)線，2022年有望成為硅碳負極產(chǎn)業(yè)化元年,。2022年2月19日,，特斯拉宣布1月份已生產(chǎn)出第100萬塊使用硅基負極的4680電池，同時本季度德州工廠將交付首批搭載4680電池的ModelY,。隨著4680電池良品率的提升,，產(chǎn)品將在特斯拉更多車型中推廣，預計2023~2025年特斯拉4680電池需求有望達到58GW·h,、99GW·h,、128GW·h。

據(jù)了解,，蔚來預計于今年交付的150kW·h電池包,，負極采用了“無機預鋰化硅碳負極技術(shù)”，單體能量密度可達350Wh/kg,；廣汽集團搭載海綿硅負極電池技術(shù)的AIONLX最高可實現(xiàn)1000km的綜合續(xù)航能力,，其電池組總質(zhì)量只有690kg、電池組總能量為144.4kW·h,；小米在電池的負極添加了納米級的硅氧化合物,，使得其11ultra電池容量高達5000mAh。

寧德時代采用“摻硅補鋰”的方式,，以提升負極硅的含量,，據(jù)稱其最大續(xù)航里程超1000km，并做到20萬km零衰減,；國軒高科稱通過“高克容量硅負極材料和先進的預鋰化技術(shù)”,，也能將磷酸鐵鋰電池能量密度拔高到210Wh/kg。據(jù)比亞迪旗下電池公司“弗迪電池”的相關(guān)負責人透露,，“比亞迪在使用硅基材料作為固態(tài)電池的負極時,，能量密度預計能達到400Wh/kg”�,？梢�,，比亞迪也在研發(fā)硅負極電池,，但是是用于固態(tài)電池，只不過固態(tài)電池離量產(chǎn)還有很長一段時間,。

此外,，在碳硅負極上已先行布局的上游材料企業(yè)中，貝特瑞硅基負極生產(chǎn)線已投產(chǎn),，并已實現(xiàn)了硅碳負極的量產(chǎn),，2020其現(xiàn)有硅碳規(guī)劃產(chǎn)能為3000噸/年；中科電氣對硅基負極材料已進行多年的持續(xù)研發(fā)投入,，對硅碳和硅氧等硅基負極材料技術(shù)皆有研究和儲備,，目前已建設(shè)完成中試產(chǎn)線，進行成品試生產(chǎn),；硅寶科技2019年建成的50噸/年硅碳負極中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品已通過數(shù)家電池廠商測評并實現(xiàn)小批量供貨,；翔豐華表示,，其開發(fā)的硅碳負極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件,。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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