尽管石墨作为动力电池阳极材料已有几十年的应用历史,但其体积庞大、重量高和理化限制使其难以满足电动汽车高能量密度的需求。因此,硅基阳极材料由于其超高的理论比容量,正在逐渐替代石墨,成为动力电池研发的新方向。
硅谷初创公司Sila Nanotechnologies日前宣布,已经开发出首批工艺流程用于大规模生产硅基阳极。该公司首席执行官表示,这种全新材料被命名为“泰坦硅”,目前正在进行汽车厂商的认证,明年底将在新工厂投入生产。按照计划,公司年产能将在2026年达到20万套,2028年将达到100万套,用于高端电动汽车的溢价销售。
消息称,奔驰2025年上市的电动SUV EQG将采用宁德时代提供的硅基阳极电池,能量密度将比同级产品高20-40%,采用Sila Nanotechnologies的“泰坦硅”作为阳极材料。EQG是奔驰最高价电动车之一,其原型车正在北极进行测试。公开信息显示,EQG的电池能量密度将达800Wh/kg,近两倍于同尺寸电池。
随着电动汽车向轻量化发展,硅基阳极电池成为各大车企和电池厂商竞相发展的新技术。自上世纪80年代起,石墨一直是主流的阳极材料。但石墨有较大体积、重量和储能极限。高端电池目前硅含量约5%,但硅基阳极的理论比容量是石墨的10倍,是实现高能量密度目标的重要途径。
硅基阳极也面临挑战,充电后硅体积会膨胀三倍,即便低浓度也会大幅降低性能。主流解决方案是用某种结构包裹硅粒子防止膨胀。Sila Nanotechnologies使用多孔外壳束缚硅粒子,膨胀率仅6%。
宁德时代在硅基阳极领域处于领先,2019年研发出304Wh/kg样品电池。麒麟电池采用硅基阳极,极氪009续航超1000km,今年量产交付。特斯拉也希望研发硅基阳极,收购SiILion公司,进展未知。
保时捷与Group14 Technologies达成65亿美元协议。通用与OneD Battery Sciences合作,谁先取得突破未知。随着技术和成本下降,硅基阳极有望进一步普及。
预计2025年全球硅基阳极需求20万吨。消费电池渗透率50%,7万吨;圆柱和方形电池分别35%和20%,13万吨。一旦硅基阳极达到全面生产,成本将大幅低于石墨,很快成为标准。执行官认为,与石墨持平后,采用仅受产速限制。他预测,2030年三分之一电动车将使用硅基阳极。2035年硅基阳极成为主流。
