电动汽车从18年到目前至今5年,仿佛动力电池续航在这五年间依旧徘徊在400~500Km的水平没有什么质的飞跃。虽然一大批电池厂商使用高镍三元(镍钴锰)正极材料这一方案大幅提升动力电池的能量密度,但是也带来了一定的危险性。
目前,正极材料有三元锂、磷酸铁锂、钠等方案,电解质有液态电解质、固态电解质、固液混合电解质以及凝聚态电解质等多种技术路线,唯独负极材料还是万年不变的石墨负极。
负极作为与正极、电解质并称电池三大件之一的关键材料,在锂电池充电过程中充当锂离子和电子从正极脱出的载体,有着能量的储存与释放的作用,并且在电池成本中负极材料占5%-15%。
目前电池厂商普遍使用的石墨负极分为天然石墨和人造石墨。但是尽管工艺如何改良,石墨的比容量也已经到达了材料的物理极限——370mAh/g,已经无法满足锂电池越来越高的续航需求。
在产业现状下,硅基负极材料走进各大电池厂商的视野当中。但使用纯硅材料的负极成本过高,是石墨的3倍以上,因此主流的方案是将硅氧和硅碳搭配石墨一起使用,可使负极达到最高650mAh/g的比容量。
例如特斯拉此前在Model 3中的2170电池中掺入了10%左右的硅材料,大幅提升了电池性能。国内企业也纷纷加强了在硅负极电池技术方面的研发,包括宁德时代、比亚迪、国轩高科等电池厂商,都纷纷投入到硅负极电池的研发行列。
但数据显示,2022年2022年硅基材料的占比不到负极材料整体出货量3%,体量很小。之所以增长缓慢,主要有如下原因:
1、硅基负极成本过高,这无疑给车企带来更多的成本压力。汽车厂商的电芯成本需要在0.8元/Wh左右才能维持正常的运营,否则必然会引起车辆终端售价上涨,从而影响销量。
2、硅基负极的电芯循环次数远达不到预期效果,只能达到400~500次循环,而相关机构要求动力电池的电芯循环在1000次以上。
3、动力电池的设计形态逐渐出现方形电芯、软包电芯等方式,而圆柱电芯是目前可使用硅基负极的最大市场,但硅基负极的特性使圆柱电池丧失了低成本优势。
硅基负极在理论上具有比石墨负极更优质的性能,至少目前不会有大规模使用的趋势,未来很长一段时间石墨负极依然是动力电池主要的负极材料。