盡管石墨作為動力電池陽極材料已有幾十年的應用歷史,但其體積龐大、重量高和理化限制使其難以滿足電動汽車高能量密度的需求。因此,硅基陽極材料由于其超高的理論比容量,正在逐漸替代石墨,成為動力電池研發的新方向。
硅谷初創公司Sila Nanotechnologies日前宣布,已經開發出首批工藝流程用于大規模生產硅基陽極。該公司首席執行官表示,這種全新材料被命名為“泰坦硅”,目前正在進行汽車廠商的認證,明年底將在新工廠投入生產。按照計劃,公司年產能將在2026年達到20萬套,2028年將達到100萬套,用于高端電動汽車的溢價銷售。
消息稱,奔馳2025年上市的電動SUV EQG將采用寧德時代提供的硅基陽極電池,能量密度將比同級產品高20-40%,采用Sila Nanotechnologies的“泰坦硅”作為陽極材料。EQG是奔馳最高價電動車之一,其原型車正在北極進行測試。公開信息顯示,EQG的電池能量密度將達800Wh/kg,近兩倍于同尺寸電池。
隨著電動汽車向輕量化發展,硅基陽極電池成為各大車企和電池廠商競相發展的新技術。自上世紀80年代起,石墨一直是主流的陽極材料。但石墨有較大體積、重量和儲能極限。高端電池目前硅含量約5%,但硅基陽極的理論比容量是石墨的10倍,是實現高能量密度目標的重要途徑。
硅基陽極也面臨挑戰,充電后硅體積會膨脹三倍,即便低濃度也會大幅降低性能。主流解決方案是用某種結構包裹硅粒子防止膨脹。Sila Nanotechnologies使用多孔外殼束縛硅粒子,膨脹率僅6%。
寧德時代在硅基陽極領域處于領先,2019年研發出304Wh/kg樣品電池。麒麟電池采用硅基陽極,極氪009續航超1000km,今年量產交付。特斯拉也希望研發硅基陽極,收購SiILion公司,進展未知。
保時捷與Group14 Technologies達成65億美元協議。通用與OneD Battery Sciences合作,誰先取得突破未知。隨著技術和成本下降,硅基陽極有望進一步普及。
預計2025年全球硅基陽極需求20萬噸。消費電池滲透率50%,7萬噸;圓柱和方形電池分別35%和20%,13萬噸。一旦硅基陽極達到全面生產,成本將大幅低于石墨,很快成為標準。執行官認為,與石墨持平后,采用僅受產速限制。他預測,2030年三分之一電動車將使用硅基陽極。2035年硅基陽極成為主流。
