近期，有媒體報(bào)道，奔馳將從2025年開(kāi)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(yáng)極，能量密度比目前可用的同類(lèi)電池高20-40%。

 

　　Part1:什么是硅基陽(yáng)極？

 

　　顧名思義，就是硅為主的陽(yáng)極材料。從技術(shù)角度來(lái)看，目前主要的陽(yáng)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(yáng)極中，因此長(zhǎng)期被用作電池的陽(yáng)極材料，也稱(chēng)為石墨基陽(yáng)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(yáng)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(dòng)力電池的發(fā)展，石墨基陽(yáng)級(jí)的利用率已經(jīng)接近理論極限，陽(yáng)極能量密度也接近瓶頸，為了提升理論比容量，市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)出了石墨烯電池、硅基陽(yáng)極電池等。

 

　　有知情人士表示，應(yīng)用了硅基陽(yáng)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(dòng)車(chē)的續(xù)航水平，但以目前的技術(shù)水平，硅陽(yáng)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(shí)會(huì)膨脹，可能導(dǎo)致鋰電池正極開(kāi)裂和粉化等。

 

　　好在目前，行業(yè)研究人員設(shè)計(jì)了一種新型納米結(jié)構(gòu)來(lái)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(lái)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(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性，可用作高性能鋰離子電池的陽(yáng)極，其可保持的電荷是典型石墨基陽(yáng)極的兩倍，因此當(dāng)與高能正極配對(duì)時(shí)，有望獲得高比能量密度。

 

　　這意味著，硅基陽(yáng)極電池的應(yīng)用離我們?cè)絹?lái)越近了。

 

　　Part2:德系品牌紛紛押注

 

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

 

　　從市場(chǎng)來(lái)看，NCM811電池能量密度高，成本更低，搭載這種電池的純電車(chē)型質(zhì)量更輕，續(xù)航更長(zhǎng)，售價(jià)也更便宜。

 

　　在德系豪華品牌看來(lái)，硅基陽(yáng)極電池是一次比肩NCM811商業(yè)化的偉大陽(yáng)極材料創(chuàng)新。它的商業(yè)化應(yīng)用能夠使得電動(dòng)汽車(chē)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(yáng)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(zhǎng)期合作，共同為汽車(chē)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)Sila Nano的硅陽(yáng)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(chē)型上亮相。

 

　　據(jù)了解，奔馳計(jì)劃其量產(chǎn)版車(chē)型將在2024年開(kāi)始生產(chǎn)，并于2025年推向市場(chǎng)。

 

 

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

 

　　研發(fā)公司Sila Nano方面稱(chēng)，如果用采用硅基材料作為電池陽(yáng)極，代替現(xiàn)有的石墨陽(yáng)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(shí)能量密度更高。“在電池效能提升的同時(shí)，我們的陽(yáng)極產(chǎn)品不會(huì)讓制造工藝更加復(fù)雜，硅基材料陽(yáng)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(lái)看，中國(guó)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(shuō)，將會(huì)由寧德時(shí)代提供新型高密度電池，但從未傳出寧德時(shí)代自研硅基陽(yáng)極電池，為此羊咩咩猜測(cè)，此后Sila Nano等研發(fā)公司有望以2級(jí)供應(yīng)商的身份，為寧德時(shí)代等提供新型陽(yáng)極材料，然后由寧德時(shí)代制造出電芯給車(chē)企。

 

　　在國(guó)外，類(lèi)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(guó)華盛頓州投建一家新工廠，并計(jì)劃于2024年投產(chǎn)，初期產(chǎn)能可滿(mǎn)足10萬(wàn)輛電動(dòng)車(chē)的電池供應(yīng)，遠(yuǎn)期目標(biāo)則達(dá)到100萬(wàn)輛，可見(jiàn)商業(yè)化進(jìn)展十分順利。

 

　　受到汽車(chē)制造商青睞的，還有動(dòng)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(shí)捷向Group14注入了1億美元。

 

　　未來(lái)，Group14將向保時(shí)捷子公司Cellforce提供電池材料產(chǎn)品，而后者則是保時(shí)捷與德國(guó)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(chē)輛開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)硅基陽(yáng)極電池。

 

　　“硅陽(yáng)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(chē)中。”在保時(shí)捷電動(dòng)車(chē)負(fù)責(zé)人奧特馬爾·比徹預(yù)計(jì)。

 

　　可見(jiàn)，硅基陽(yáng)極電池已經(jīng)成為德系車(chē)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(guó)市場(chǎng)對(duì)硅基陽(yáng)極電池的報(bào)道并不多，各大電池廠商更加傾向于無(wú)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(lái)看，目前，電動(dòng)車(chē)尚處于發(fā)展初期，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，百花齊放，或?qū)⒊蔀樾鲁B(tài)。