硅基阳极电池量产再传最新动向，电车续航倍增器有望得到普及
在经过了近12年的发展后，一种全新的动力电池增程技术正在逐步走向量产。近日，硅谷电池科技初创公司Sila Nanotechnologies对外宣布，该公司已经敲定了首批硅基阳极大规模制造的工艺流程。Sila Nanotechnologies首席执行官吉恩·伯迪切夫斯基表示，公司将新材料命名为“泰坦硅”，目前该材料正处于汽车制造商的后期认证阶段，并将于明年年底在新工厂开始生产。伯迪切夫斯基称，按照计划，到2026年公司年产能将达到20万套，基本可以满足市场需求，到2028年产能将进一步提升至每年100万套。在加速生产的头几年内，“泰坦硅”将进行溢价销售，用于高端电动汽车。业内消息称，奔驰即将于2025年初上市的电动SUV EQG将采用由宁德时代供应的硅基阳极电池，该电池能量密度将比业内同级水平高出20%至40％，采用由Sila Nanotechnologies提供的“泰坦硅”作为阳极材料。作为奔驰经典越野车型G级的电动化版本，EQG是奔驰售价最高电动汽车之一，近期有消息称EQG的原型车正在北极进行测试。尽管宁德时代与Sila Nanotechnologies并未透露EQG测试车使用电池的硅浓度，但据公开信息显示，这款新车的能量密度将达到800Wh/kg，几乎两倍于美国能源情报署2020年公布的同尺寸电池数据。在轻量化成为电动汽车一大主流发展趋势后，质量更轻、能量密度更高的硅基阳极电池成为了包括宁德时代、特斯拉、奔驰、保时捷、通用汽车等公司大力发展的新技术。从上世纪80年代锂电池发明以来，用石墨作为阳极材料的碳基电池一直是主流技术。作为锂离子的储存库，在电池充电时离子会填满阳极石墨层之间的空隙，当电池放电时，离子流向电池阴极。虽然石墨作为阳极材料有着很好的效果，但其同样有着较大的体积、重量与理化限制。为了加快充电速度、储存更多能量，包括特斯拉与宁德时代在内的多家公司开始向电池阳极内添加少量轻质硅，目前主流高端电池的硅含量约为5%。另一方面，石墨材料同样有着自身的储能极限。资料显示，在经过数十年的技术发展后，传统石墨比容量已经达到360至365mAh/g，接近理论比容量372mAh/g，进一步提升空间极为有限。而硅基阳极材料的理论比容量高达4200Ah/g，是石墨的十余倍。这也意味着，如果动力电池想要实现300Wh/kg以上的能量密度目标，发展硅基阳极技术是重要选项之一。硅基阳极电池同样拥有需要解决的问题，在电池充电后，硅的体积会膨胀三倍。即使电池内含硅浓度较低，迅速的膨胀也会大幅降低电池性能。目前业内主流的处理方式是将硅颗粒封装在某种结构中来防止膨胀。Sila Nanotechnologies采用的方案是用一种多孔结构外壳包裹硅颗粒，在不损害其外部结构的情况下对颗粒进行束缚。据该公司称，在包裹后硅颗粒的膨胀率仅有6%。在硅基阳极电池领域，国内动力电池生产巨头宁德时代处于领先地位。2019年3月，宁德时代发布消息称，其研发团队攻克硅碳阳极材料关键核心技术，开发出能量密度为304Wh/kg的电池样品。去年6月发布的麒麟电池也采用了硅基阳极技术，续航能力大幅度提高，首发车型极氪009续航里程将超过1000公里。今年3月，麒麟电池宣布正式量产，而极氪009也也预计将于第二季度交付。此前特斯拉也曾多次公开表示希望开发自己的硅基阳极技术。2020年，特斯拉表示其正在为4680电池研发配套的硅基阳极，并为此收购了美国电池供应商SiILion，不过目前外界尚不清楚特斯拉研发的具体进展。此外，锂电池开发商Group14 Technologies也与保时捷达成了6.5亿美元的供应协议，通用汽车则宣布与另一家电池公司OneD Battery Sciences合作。目前尚不清楚两家主机厂谁会先在硅基阳极领域取得技术突破。随着技术成熟与原材料价格走低，硅基阳极电池有望在未来得到进一步普及。据中金公司研报预测，2025年全球硅基阳极需求量有望达到20万吨，其中消费电池渗透率有望达50%，对应约7万吨硅基阳极需求，圆柱和方形动力电池中渗透率分别达到35%和20%，对应约13万吨硅基阳极需求。伯迪切夫斯基认为，一旦硅基阳极达到全面生产，其制造成本将大大低于石墨，硅基阳极将迅速成为行业标准，“一旦与石墨电极成本持平，硅阳极的采用将只受其生产速度的限制。”根据他的预测，到2030年，全球三分之一的电动汽车将采用硅基阳极，而硅基阳极成为行业主流选择则将在2035年实现。
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