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梅賽德斯-奔馳將從2025年起在其G級(jí)車(chē)中使用一種新的高能量密度電池,該電池使用硅基陽(yáng)極,其能量密度比目前的同類(lèi)電池高20-40%。硅基陽(yáng)極的市場(chǎng)潛力已經(jīng)逐漸打開(kāi),它已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)在電動(dòng)工具電池、高端數(shù)碼電池和動(dòng)力電池中。
據(jù)報(bào)道,該電池由CATL提供,而陽(yáng)極材料來(lái)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(dòng)轉(zhuǎn)型
梅賽德斯-奔馳召開(kāi)了從 “電力優(yōu)先 “向 “全電動(dòng) “轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略發(fā)布會(huì),并計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)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(dòng)力電池將根據(jù)不同市場(chǎng)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(guò)硅基負(fù)極技術(shù)將電池能量密度提高到900Wh/L;未來(lái)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(lái),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(dòng)力電池。
那么,什么是硅基陽(yáng)極電池,有什么優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)?CATL的硅基陽(yáng)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(yáng)極電池
隨著汽車(chē)公司和消費(fèi)者對(duì)更長(zhǎng)的巡航里程的要求越來(lái)越高,以石墨為電極的動(dòng)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(dòng)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(guò)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(lèi)。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(guò)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(guó)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(guó)的硅碳負(fù)極一般多用于3C產(chǎn)品;在動(dòng)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(guó)內(nèi)只有貝特瑞可以大量供應(yīng);
成本高。目前硅基陽(yáng)極的市場(chǎng)價(jià)格為20-30萬(wàn)元/噸,是中端人造石墨價(jià)格5萬(wàn)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(dòng)力電池領(lǐng)域的應(yīng)用,但市場(chǎng)上已經(jīng)有少數(shù)車(chē)型開(kāi)始使用硅基負(fù)極材料。同時(shí),這也意味著硅基負(fù)極材料在動(dòng)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(chǎng)的一股暖風(fēng)。
中金公司在最近的一份研究報(bào)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(jì),2025年全球硅基陽(yáng)極的需求量有望達(dá)到20萬(wàn)噸。
其中,消費(fèi)類(lèi)電池的滲透率有望達(dá)到50%,對(duì)應(yīng)的硅基陽(yáng)極需求量約為7萬(wàn)噸;圓柱形和方形動(dòng)力電池的滲透率分別為35%和20%,對(duì)應(yīng)的硅基陽(yáng)極需求量約為13萬(wàn)噸。
CATL中的硅基陽(yáng)極電池
出于對(duì)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(yáng)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(dòng)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(zhǎng)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(yáng)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(gè)瓶頸:安全性和技術(shù)成熟度。
根據(jù)CATL過(guò)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(guò)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(chē)發(fā)布了新的汽車(chē)品牌 “IM知豆”,并在全球首次推出兩款量產(chǎn)車(chē)型。新車(chē)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(guò)1000公里。
現(xiàn)在,奔馳G級(jí)車(chē)型也將使用CATL的硅基陽(yáng)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(wèn)題。應(yīng)用硅基陽(yáng)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(shuō)明硅基陽(yáng)極的應(yīng)用已經(jīng)成熟”。一位硅基陽(yáng)極研發(fā)人士透露。
至于另一個(gè)大客戶–儲(chǔ)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(yáng)極材料生產(chǎn)商西拉納米公司位于美國(guó)舊金山灣區(qū)??紤]到生產(chǎn)線的組裝效率和成本,CATL在美國(guó)生產(chǎn)電池的可能性可能更大。