一月十三日，智己汽車舉辦了其首場公布會，除了自動(dòng)駕駛亮點(diǎn)外，最大的亮點(diǎn)是1000km的續(xù)航里程，做到這一點(diǎn)，品牌方宣傳的便是電池的摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)。

其實(shí)，這兩個(gè)月“摻硅補(bǔ)鋰”這個(gè)技術(shù)在頻繁在車企、電池公司甚至央視新聞報(bào)道中出現(xiàn)，只是提法不同：去年十二月八日，央視《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》中提到天目先導(dǎo)的納米硅負(fù)極技術(shù)；2021年一月八日，國軒高科公布了一款210Wh／kg的磷酸鐵鋰離子電池，采用的也是摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)；一月九日，蔚來公布的ET7聲稱采用了預(yù)鋰化、硅碳負(fù)極技術(shù)；以及智己汽車的摻硅補(bǔ)鋰。首先要明確的是，摻硅和補(bǔ)鋰是兩個(gè)技術(shù)，負(fù)極摻硅是為了提升能量密度，補(bǔ)鋰則是為了提升循環(huán)壽命。

他們都有助于提升動(dòng)力鋰電池性能，在較高能量密度的產(chǎn)品上，已經(jīng)廣泛應(yīng)用。1硅負(fù)極：應(yīng)用難度大要提升電池能量密度，正極材料和負(fù)極材料的比容量都要提升。正極端一般采用高鎳材料，大家熟悉的811就是一種；負(fù)極則是采用硅基負(fù)極。之所以選擇硅，是因?yàn)楣杌?fù)極材料的理論克容量是4200Ah／g，是石墨負(fù)極10倍有余。

以現(xiàn)在技術(shù)水平，要將電池做到300Wh／kg，硅基負(fù)極是必不可少的。（1）膨脹率高硅基負(fù)極材料一般分為兩大類，一種是硅碳負(fù)極，即納米硅和石墨摻混使用，理論克容量超過3000mAh／g，但實(shí)際剛超2000mAh／g；另一種是硅氧負(fù)極，氧化亞硅摻混石墨作為負(fù)極，大致克容量為1400－1800mAh／g。目前來看，兩種負(fù)極應(yīng)用側(cè)重點(diǎn)有所不同。國軒高科工程研究總院負(fù)極材料技術(shù)負(fù)責(zé)人林少雄對《電動(dòng)汽車觀察家》介紹說，國內(nèi)上硅碳負(fù)極一般用到3C產(chǎn)品比較多；動(dòng)力鋰電池方面，一般采用硅氧負(fù)極比較多。所以無論是3C產(chǎn)品還是動(dòng)力鋰電池，要獲得更高的能量密度，硅負(fù)極都是必不可少的。但是硅也存在很大的缺點(diǎn)，其中之一就是膨脹率高。硅負(fù)極充放電膨脹可達(dá)300％左右，而普通石墨僅為10％左右。

硅和石墨在充電嵌鋰的時(shí)候膨脹狀態(tài)不一致，電芯膨脹收縮的次數(shù)多了，結(jié)構(gòu)就會坍塌，鋰就沒法進(jìn)出了。也就是說采用硅后，雖然克容量提升了，但是循環(huán)壽命卻縮短了。為了通俗理解，可以將石墨和硅想象成兩個(gè)顆粒，顆粒剛開始可能粘在一起，但是兩者膨脹收縮比例差別較大，多次收縮膨脹后就會發(fā)生斷裂，電池循環(huán)壽命就會降低。因此，實(shí)際應(yīng)用中的硅負(fù)極材料，硅含量都非常低。天目先導(dǎo)總經(jīng)理羅飛表示，在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，一般的情況下會將5％－10％的氧化亞硅和石墨進(jìn)行復(fù)合使用。可見，硅負(fù)極的應(yīng)用難度非常高。

應(yīng)用難度如此之高的硅基負(fù)極到底能為電池能量密度能帶來多大提升呢？羅飛告訴《電動(dòng)汽車觀察家》，采用納米硅以后，電池能量密度可以提升5％－10％。“不要小看這5％，按照傳統(tǒng)鋰離子電池的發(fā)展規(guī)律來講，每年鋰離子電池能量密度的提升平均在2％左右，但是現(xiàn)在2％已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)了，已經(jīng)到瓶頸了。”由此可見，這5％能量密度提升有多寶貴。（2）產(chǎn)量低、成本高硅基負(fù)極不僅應(yīng)用難度大，目前能夠量產(chǎn)的公司也不多。根據(jù)高工鋰電的調(diào)研，目前國內(nèi)只有貝特瑞能夠大批量供貨，且已經(jīng)進(jìn)入了松下的供應(yīng)鏈，間接供應(yīng)特斯拉，目前硅基負(fù)極產(chǎn)量3000噸。國際上，上世紀(jì)90年代才開始研發(fā)硅材料以應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極，直至2013、2014年才分別實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極、硅氧負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化。整體來看，硅基負(fù)極的真正產(chǎn)業(yè)化歷程相對較短。

硅基負(fù)極應(yīng)用中，國際廠商相對領(lǐng)先，松下2017年已批量應(yīng)用于動(dòng)力鋰電池，供應(yīng)特斯拉。三星、LG化學(xué)硅基負(fù)極，目前重要應(yīng)用于消費(fèi)電池領(lǐng)域。日本GS湯淺推出硅基負(fù)極材料的鋰離子電池，應(yīng)用在三菱汽車上。整體來看，硅基負(fù)極制備工藝復(fù)雜，無標(biāo)準(zhǔn)化工藝，技術(shù)壁壘高，難度重要在于硅材料納米化及與硅碳復(fù)合材料的制備工藝，屬于各公司的核心技術(shù)。

產(chǎn)量少，也就意味著單價(jià)高。

國盛證券數(shù)據(jù)顯示，最低端的硅基負(fù)極價(jià)格均在10萬以上，毛利率40％以上，單價(jià)、盈利能力均高于目前的石墨類負(fù)極材料。2補(bǔ)鋰：安全和技術(shù)成熟度是瓶頸補(bǔ)鋰技術(shù)就是預(yù)鋰化技術(shù)。之所以要補(bǔ)鋰，這重要是由于硅負(fù)極材料第二大缺點(diǎn)——首效低。（1）補(bǔ)鋰延長循環(huán)壽命一般來說，鋰離子電池首次充電時(shí)，會造成大量鋰損耗，且是不可逆的。

為了保障電池的容量，就要把損失的鋰補(bǔ)回來一些，這種技術(shù)就是預(yù)鋰，目的是補(bǔ)償鋰損耗，延長循環(huán)壽命，從而達(dá)到減緩衰減的用途。采用硅后，首效低的問題就比較突出。這是由于硅膨脹比較大，容易導(dǎo)致負(fù)極表面的SEI膜（固體電解質(zhì)界面膜）破碎，而在放電過程中SEI膜重新形成。

因此硅表面的SEI膜始終處于破壞－重構(gòu)的動(dòng)態(tài)過程中，最終導(dǎo)致SEI膜厚度持續(xù)新增，界面阻抗升高，活性物質(zhì)消耗，致使容量衰減，首效降低。

石墨負(fù)極和硅負(fù)極首周充放電的鋰損耗各是多少？研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的石墨材料有5％～10％的首次不可逆鋰損耗，而關(guān)于高容量負(fù)極材料，首次鋰損耗甚至更高；硅的不可逆容量損失達(dá)15％～35％。（2）補(bǔ)鋰技術(shù)不太成熟補(bǔ)鋰技術(shù)分為正極補(bǔ)鋰和負(fù)極補(bǔ)鋰。

一位業(yè)內(nèi)專家告訴《電動(dòng)汽車觀察家》，正極補(bǔ)鋰相對會簡單一些，以磷酸鐵鋰離子電池為例，通過提高正極材料中鋰的比例達(dá)到預(yù)鋰化目的，但問題是會破壞正極結(jié)構(gòu)，技術(shù)成熟度較低。上述專家表示，目前公司采用負(fù)極補(bǔ)鋰技術(shù)的較多。例如，采用電化學(xué)預(yù)鋰化、直接接觸短路法是簡單有效的方式，可以有效緩減高容量碳材料、合金負(fù)極以及轉(zhuǎn)換材料的首次不可逆損失，優(yōu)點(diǎn)是預(yù)鋰化量精確控制和穩(wěn)定性好，但對環(huán)境的要求高，如無氧、無水、干燥環(huán)境等，是大規(guī)模應(yīng)用的難點(diǎn)所在。

此外，采用金屬鋰粉進(jìn)行預(yù)鋰化是負(fù)極預(yù)鋰的一種，也是目前商業(yè)化最有效、最直接的方法。但是，其對環(huán)境的生產(chǎn)環(huán)境的要求非常之高，要研發(fā)密閉的混漿設(shè)備，防止高速攪拌帶來電極材料、導(dǎo)電劑等燃燒的安全隱患，在制程上的風(fēng)險(xiǎn)極大。所以整體看，預(yù)鋰化的產(chǎn)業(yè)化難度很大。不過，目前很多公司都官宣摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)可以看出，兩種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化難點(diǎn)應(yīng)該得到一定程度上的解決。或許近兩年內(nèi)，采用摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)的電池產(chǎn)品將會大規(guī)模上市，同時(shí)也是300Wh／kg電池產(chǎn)品的普及階段。

總體而言，摻硅和補(bǔ)鋰，是基于現(xiàn)有材料技術(shù)路線的優(yōu)化，而不是材料的完全替換。無論三元還是磷酸鐵鋰，都能借此提高能量密度。它能帶來的效果有限，但在目前材料體系能量密度已經(jīng)接近瓶頸時(shí)，非常珍貴。在海外領(lǐng)先動(dòng)力鋰電池公司而言，已經(jīng)是早已商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。
關(guān)于國內(nèi)公司，則還處在開始量產(chǎn)應(yīng)用的階段。它最終應(yīng)用到整車上，假如達(dá)到車規(guī)級的安全性和可靠性，當(dāng)然能給消費(fèi)者帶來更好的續(xù)航體驗(yàn)。目前看，高端的三元和磷酸鐵鋰先用，假如成熟度好，再廣泛應(yīng)用，各層級電動(dòng)汽車消費(fèi)者都將受益。（完）