一個(gè)新技術(shù)從提出到應(yīng)用，是要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同推進(jìn)的。

這幾年，汽車行業(yè)玩概念非常厲害。比如，最近的摻硅補(bǔ)鋰。這個(gè)概念是智己汽車在一月十三日的首場(chǎng)公布會(huì)上提出來(lái)的。按照智己汽車的說(shuō)法，通過(guò)這個(gè)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)電池單體300Wh/kg能量密度，并且電動(dòng)汽車能實(shí)現(xiàn)1000km的續(xù)航里程。

除此之外，一月八日，國(guó)軒高科首次亮相了210Wh/kg磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品，技術(shù)上，采用了關(guān)鍵的高克容量硅負(fù)極材料和先進(jìn)的預(yù)鋰化技術(shù)。

一月九日，蔚來(lái)汽車公布了150kWh固態(tài)電池，據(jù)稱該產(chǎn)品采用了無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極技術(shù)，另外結(jié)合超高鎳正極，使得電池能量密度或可達(dá)到360Wh/kg。而且，這款電池

而智己公布之后，一月十八日廣汽集團(tuán)透露，搭載硅負(fù)極電池技術(shù)的車型已按計(jì)劃進(jìn)入實(shí)車測(cè)試階段，產(chǎn)品計(jì)劃今年上市。一時(shí)間，有關(guān)電池?zé)狒[非凡。

其實(shí)，摻硅補(bǔ)鋰這個(gè)概念是把摻硅和補(bǔ)鋰這兩個(gè)技術(shù)合起來(lái)說(shuō)的，負(fù)極摻硅是為了提升能量密度，補(bǔ)鋰則是為了提升首效和循環(huán)壽命。這兩個(gè)技術(shù)結(jié)合起來(lái)的期貨概念，實(shí)際上并不是像固態(tài)電池這樣的顛覆式革新，而是種像CTP相同的優(yōu)化技術(shù)。那么，這個(gè)合體技術(shù)，有什么好處呢？以及，是如何達(dá)成這個(gè)技術(shù)的呢？

何謂摻硅？難點(diǎn)在哪里？

我們了解，要提升電池能量密度，電池的正極和負(fù)極材料的比容量（指單位質(zhì)量或體積的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量）都要提升。正極材料目前一般采用高鎳，比如我們所說(shuō)的NCM811電池，而負(fù)極采用石墨負(fù)極。

現(xiàn)在，硅基負(fù)極替代石墨負(fù)極的時(shí)刻即將來(lái)臨。而且，隨著TSLA在量產(chǎn)的Model3上對(duì)硅碳負(fù)極的成功應(yīng)用，這種示范用途，也使硅基負(fù)極迎來(lái)更為廣闊的市場(chǎng)。

之所以選擇硅做負(fù)極，是基于硅基負(fù)極材料的理論克容量是4200mAh/g，高于石墨負(fù)極10倍有余。這是硅基負(fù)極的優(yōu)勢(shì)所在。目前來(lái)看，有兩種硅基負(fù)極材料。

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(guò)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。

應(yīng)用方面，國(guó)內(nèi)3C產(chǎn)品一般用到硅碳負(fù)極比較多。而動(dòng)力鋰電池方面，一般采用硅氧負(fù)極比較多。

實(shí)際上，研發(fā)硅材料以應(yīng)用于鋰電池負(fù)極始自上世紀(jì)90年代，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。而松下是2017年批量應(yīng)用于動(dòng)力鋰電池，供應(yīng)TSLA。

此外，三星、LG化學(xué)的硅基負(fù)極，目前重要應(yīng)用于消費(fèi)電池領(lǐng)域。日本GS湯淺的硅基負(fù)極材料鋰電池，應(yīng)用在三菱汽車上。兩家還組建了合資公司。整體而言，硅基負(fù)極的真正產(chǎn)業(yè)化歷程還很短。

但是，硅基材料最大的缺點(diǎn)，就是膨脹率高。硅負(fù)極充放電膨脹可達(dá)320%左右，而普通石墨僅為10%左右。電池在正常工作狀態(tài)下極高的膨脹和收縮彈性頻繁發(fā)生，電池的循環(huán)壽命將會(huì)縮減，微觀結(jié)構(gòu)就會(huì)坍塌。也就是說(shuō)，雖然克容量提升，但是循環(huán)壽命卻縮短了，有點(diǎn)得不償失。

此外，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(guó)內(nèi)只有貝特瑞能夠大批量供貨，并進(jìn)入松下的供應(yīng)鏈，間接供應(yīng)TSLA，目前產(chǎn)量約3000噸。

另外，國(guó)內(nèi)還有翔豐華、硅寶科技、杉杉股份、中科電氣等公司，已經(jīng)建設(shè)了硅負(fù)極材料中試線，但多數(shù)仍處于前期技術(shù)驗(yàn)證階段，尚未大批量生產(chǎn)。從這個(gè)情況來(lái)看，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，石墨負(fù)極材料仍然將是主流。

而從需求來(lái)說(shuō)，根據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)前市場(chǎng)需求重要集中在容量為420mAh/g、450mAh/g的兩款硅基負(fù)極材料，更高克容量的硅基負(fù)極的應(yīng)用市場(chǎng)還沒成熟。畢竟，硅基負(fù)極制備工藝復(fù)雜，無(wú)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和硅碳復(fù)合材料的制備工藝）。

此外，產(chǎn)量少，也就意味著單價(jià)高。根據(jù)國(guó)盛證券數(shù)據(jù)，最低端的硅基負(fù)極價(jià)格均在10萬(wàn)元以上。不過(guò)，新技術(shù)的誕生及應(yīng)用也意味著新市場(chǎng)的打開。這是鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈公司的期望所在。

而從材料方面來(lái)講，按照業(yè)內(nèi)人士的說(shuō)法，采用納米硅以后，硅基負(fù)極電池能量密度可以提升5~10%。按照目前行業(yè)內(nèi)每年鋰電池能量密度的提升平均在2%左右來(lái)算，這5%能量密度提升非常不容易了。

在摻硅方面，專利的競(jìng)爭(zhēng)也在進(jìn)行中。比如，華為近日公開了一份硅碳復(fù)合材料及其制備方法和鋰電池的發(fā)明專利。據(jù)稱，采用該專利供應(yīng)的硅碳復(fù)合材料的電池循環(huán)500周容量保持率為80%。當(dāng)然，還有更多的國(guó)內(nèi)公司也在追趕中。

如何補(bǔ)鋰？

說(shuō)完摻硅，再說(shuō)補(bǔ)鋰。一句話，補(bǔ)鋰就是預(yù)鋰化技術(shù)。

這是因?yàn)椋捎霉柝?fù)極后，首次庫(kù)倫效率低的問(wèn)題就比較突出。就是由于硅的膨脹比較大，這讓硅表面的SEI膜（固體電解質(zhì)界面膜）始終處于破壞-重構(gòu)的動(dòng)態(tài)過(guò)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。

而這種首次充電時(shí)的大量鋰損耗，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(lái)，這種技術(shù)就是預(yù)鋰，目的是延長(zhǎng)鋰電池的循環(huán)壽命。

那么，石墨負(fù)極和硅負(fù)極首次充放電的鋰損耗各是多少呢？通過(guò)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。而硅材料的不可逆鋰損耗達(dá)15~35%。所以，摻硅和補(bǔ)鋰同時(shí)進(jìn)行就成為必然。

說(shuō)到補(bǔ)鋰技術(shù)，則又分為正極補(bǔ)鋰和負(fù)極補(bǔ)鋰。不過(guò)，根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的說(shuō)法，目前公司采用負(fù)極補(bǔ)鋰技術(shù)的較多。方法大致有通過(guò)電化學(xué)預(yù)鋰化、直接接觸短路法這樣簡(jiǎn)單有效的方式。不過(guò)這對(duì)環(huán)境的要求高，如無(wú)氧、無(wú)水、干燥環(huán)境等，是大規(guī)模應(yīng)用的難點(diǎn)所在。

此外，還有一種采用金屬鋰粉進(jìn)行預(yù)鋰化的方法，也是目前商業(yè)化最有效、最直接的方法。不過(guò)，這種工藝關(guān)于生產(chǎn)環(huán)境的要求非常之高，要研發(fā)密閉的混漿設(shè)備，而且要防止高速攪拌帶來(lái)電極材料、導(dǎo)電劑等燃燒的安全隱患。

可以這么說(shuō)，預(yù)鋰化的產(chǎn)業(yè)化難度極大。難點(diǎn)在于，就像國(guó)軒高科工程研究總院常務(wù)副院長(zhǎng)徐興無(wú)說(shuō)的，鋰金屬是最活潑的金屬之一，空氣中的微量水分，都可能引發(fā)鋰金屬的燃燒甚至爆炸。所以，業(yè)內(nèi)關(guān)于預(yù)鋰技術(shù)多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

當(dāng)然，由于預(yù)鋰化的好處是顯而易見的，目前包括CATL、國(guó)軒高科、萬(wàn)向一二三、微宏動(dòng)力、天津巴莫等公司也都在積極布局，尋求突破。

從申請(qǐng)專利上來(lái)看，目前CATL在這一領(lǐng)域的專利數(shù)量最多，智己汽車搭載的摻硅補(bǔ)鋰電池正是來(lái)自CATL。此外，還有國(guó)軒高科表示其自研的預(yù)鋰化技術(shù)，已經(jīng)能夠真正進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用，在這一技術(shù)上有了重大突破。這種你爭(zhēng)我奪的態(tài)勢(shì)，應(yīng)該會(huì)成為一種常態(tài)。

踏實(shí)才是正道

不過(guò)記者在此要說(shuō)一句，一個(gè)新技術(shù)從提出到應(yīng)用，是要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同推進(jìn)的，包括材料、設(shè)備、制造等多個(gè)環(huán)節(jié)的協(xié)同推進(jìn)，甚至要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的精進(jìn)，一起協(xié)同去降低成本、不斷完善技術(shù)。

摻硅補(bǔ)鋰的用途有目共睹，不過(guò)，我們也要了解，通過(guò)預(yù)鋰化技術(shù)來(lái)解決氧化亞硅材料首效低的問(wèn)題，是國(guó)外廠商率先采用的。國(guó)內(nèi)的公司相比于日韓公司仍然有一定的差距，當(dāng)然，這種差距正在不斷縮小，甚至在某些指標(biāo)上國(guó)內(nèi)公司做到了一定的優(yōu)勢(shì)。

而在硅碳負(fù)極方面的研發(fā)和應(yīng)用方面，我們還面對(duì)著較高的技術(shù)壁壘。國(guó)外，目前日立化成是全球最大的硅碳負(fù)極供應(yīng)商，TSLA使用的硅碳負(fù)極材料就由其供應(yīng)。另外日本信越、吳宇化學(xué)、美國(guó)安普瑞斯等也可供應(yīng)硅碳負(fù)極產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)的情況，前面也說(shuō)了，只有內(nèi)特瑞能量產(chǎn)。可以說(shuō)，差距還是很明顯的。

但是，國(guó)內(nèi)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)，說(shuō)到底是宣傳的用途大于實(shí)際。別的不說(shuō)，蔚來(lái)提固態(tài)電池這個(gè)概念，講法就很不嚴(yán)謹(jǐn)。這款電池只是利用無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極技術(shù)，離真正的固態(tài)電池還很遠(yuǎn)。

而且，摻硅和補(bǔ)鋰，都是基于現(xiàn)有材料和技術(shù)的優(yōu)化，并不是達(dá)成材料的革命性變化。當(dāng)然，無(wú)論三元還是磷酸鐵鋰，通過(guò)摻硅補(bǔ)鋰能提高部分能量密度，有實(shí)際應(yīng)用的積極意義。在目前材料體系下能量密度已經(jīng)接近瓶頸時(shí)，是比較可行的技術(shù)，值得稱贊。

然而，關(guān)于國(guó)內(nèi)公司來(lái)說(shuō)，摻硅補(bǔ)鋰還處在剛開始量產(chǎn)應(yīng)用的階段。能不能達(dá)到廣泛應(yīng)用的程度，各車企都還在探索，這跟前年熱炒的CTP是一個(gè)道理，真正應(yīng)用是有個(gè)過(guò)程，我們要戒驕戒躁，沉下心來(lái)做事。最要不得的，就是只是想吸引資本注意。