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能量密度450Wh/kg?背后是正在崛起的又一種新材料!

   2022-02-22 電池中國

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核心提示:隨著動力電池產業向縱深發展,且市場格局已初步成型,新企業無論是想要融資,還是發展,最好的途徑就是以技術去顛覆現有的主流路

隨著動力電池產業向縱深發展,且市場格局已初步成型,新企業無論是想要融資,還是發展,最好的途徑就是以技術去“顛覆”現有的主流路線。

對于名不見經傳的企業來說,這一招仍然很吃香。

近日,美國加利福尼亞的一家Amprius公司宣布,已經生產出了一批超高能量密度的鋰電池,單體電芯能量密度達到450Wh/kg,比特斯拉Model 3的電芯能量密度高出73%。有媒體用“吊打”“完勝”,甚至“特斯拉殺手”來形容。

殊不知,這家公司的投資者中很可能就有特斯拉。

據介紹,Amprius公司對外宣稱做到450Wh/kg的高能量密度鋰電池,主要是采用了硅納米線技術,使得負極材料中可以大量使用硅材料。而硅本身相較于目前主流的石墨負極,就有著超高的克容量(硅理論質量比容量約 4200mAh/g,而石墨僅為 372 mAh/g),基于硅納米線技術,使得硅在負極材料中的占比大幅提升,進而實現了超過400Wh/kg的單體能量密度。

實際上,Amprius公司的硅納米技術,或與特斯拉已經有著比較久的合作應用。

在2020年8月,特斯拉CEO馬斯克在社交媒體上表示特斯拉會在3-4年內批量生產壽命更長、而且能量密度高出當時電芯能量密度50%,也就是超過400Wh/kg的電池。

同年9月,在特斯拉電池日臨近的活動預告頁面上,特斯拉發布了電池日活動的注冊頁面,頁面背景圖片是一種新電池材料――硅納米線的結構圖。

硅納米線作為一種已知技術,可以解決硅本身在電池應用中易膨脹、破碎和循環方面的痛點。

不過,在當年的“電池日”上,特斯拉并未公布關于硅納米技術的任何內容,只是提到在未來的電池負極材料中,尤其是4680電池中會逐步提高硅負極材料的應用占比,以提升電池性能。

彼時,有業內人士就指出,Amprius公司與特斯拉的關系非常玄妙,Amprius辦公選址就在特斯拉的電池制造工廠附近,有消息甚至稱其將辦公室搬到了特斯拉的電池實驗室里。

如前所述,理論上硅作為負極材料相較石墨可以大幅提升電池能量密度,一直被認為是下一代主流負極材料路線之一,但由于硅在充放電過程中體積變化極大,容易破碎,因此應用存在難點。

斯坦福大學的研究人員發現,利用納米技術,能夠在微小的硅納米線中存儲鋰,這些納米線的厚度約為一張紙的千分之一,硅納米線吸收鋰后仍會膨脹,但納米技術可防止硅破裂,可以實現市場上最高的能量/功率比。

Amprius公司創始人崔屹,是斯坦福大學華人教授,一直從事的就是納米材料合成方向,并率先將納米技術與電池結合起來。

綜上可以看出,Amprius公司宣稱的450Wh/kg鋰電池,從材料應用方面看,目前應該是在負極上依托硅納米技術,大量使用硅負極替代了石墨。不過,這一電池目前在成本、循環、產業化進程等諸多方面的表現還有待觀察,何時量產目前還沒有比較明確的時間表。如果真的跟特斯拉關系不一般,那么“特斯拉殺手”就無從談起,即使跟特斯拉沒有關系,那么“吊打特斯拉”可能也只是宣傳的噱頭。

不過,從這里我們也可以看到,硅在鋰電池負極材料中大有可為,無論是國內企業,還是國外企業,都在加速這一材料的應用。尤其是在中國市場,未來幾年預計將是硅負極材料滲透率快速提升的階段。

2021年,包括蔚來、廣汽埃安、智己汽車等車企都在代表車型上應用了使用硅負極材料的動力電池,特斯拉在2170和4680電池中也都開始使用含硅的負極材料。

例如,廣汽埃安Aion LX已入選國家工業和信息化部2021年第10批新能源汽車推薦目錄,采用海綿硅負極片電池技術,NEDC續航高達1008km。

電池端,2月19日,特斯拉宣布,其已在位于加利福尼亞州的試點工廠生產了100萬顆4680電池。這也證明特斯拉自產電池已經正式投產,硅負極使用開始快速起量;國軒高科在2021年年初發布了能量密度達到210Wh/kg的磷酸鐵鋰電芯,是其首次在磷酸鐵鋰電池中成功應用硅負極材料,此外,國軒高科使用硅負極材料的半固態三元電池,能量密度已在360Wh/kg附近,另外國軒高科目前已具備5000噸硅碳負極材料的生產能力;智己汽車電池供應商來自寧德時代,表明寧德時代也已經在高性能電池上導入硅負極產品。

另外,包括孚能科技、億緯鋰能、衛藍新能源、力神電池、星恒電源、比克電池等多家電池企業在這方面也正快速推進。

國外方面,除了特斯拉,三星SDI此前表示將在2021年推出含硅量7%的第二代電池,2024年發布含硅量10%的第三代電池。

“春江水暖鴨先知”,作為上游材料企業,正基于市場需求研判,以及電池客戶的訂單,加碼硅負極材料產能的布局。

2月16日,貝特瑞發布公告稱,公司擬在深圳市光明區內投資建設年產4萬噸硅基負極材料項目,項目預計總投資50億元。其中,一期計劃于2023年12月底前建成投產年產1.5萬噸硅基負極材料產能。

2021年11月,硅寶科技宣布,將在四川彭山經濟開發區設立全資子公司硅寶科技(眉山)新能源科技有限公司建設1萬噸/年鋰電池用硅碳負極材料。

去年12月,石大勝華宣布,將投資7.3億元建設2萬噸硅基負極材料項目。

此外,包括璞泰來、巴斯夫杉杉、中科電氣、天目先導、壹金新能源、格龍新材料、正拓新能源、翔豐華、新安化工等多家材料企業也已經布局硅負極材料產能,預計接下來會進一步擴大產能。

在新能源汽車行業高速發展的背景下,消費者對新能源汽車的續航里程提出了更高的標準,相對應的硅基負極材料在電池應用中的需求也將快速起量,硅負極產業也迎來了快速發展期。而由此帶動的電池性能提升,勢必將推動高端電動汽車在相應市場的快速滲透。



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