新能源车发展至今，在政策和消费者需求的双重指引下，车企通过提高电池能量密度、空气动力学设计、轻量化设计等多种方式，已将主流车型的续航里程提升到600km甚至700km，但“里程焦虑”或多或少还是消费者心中过不去的坎儿。大家恨不得电动车要么充电快，要么续航高，二者兼得自然是最好。
广汽埃安电池团队深谙消费者痛点，在提升续航和充电速度两方面双管齐下，力求解决“里程焦虑”这一大难题。近日，搭载“海绵硅负极片电池技术”的广汽埃安AION LX Plus作为首款续航超1000km的纯电车型进入工信部最新免征购置税目录，这标志着“海绵硅负极片电池技术”这项“黑科技”已全面落地。下面就为大家揭秘广汽埃安是如何通过“海绵硅负极片电池技术”化解“里程焦虑”的。
1、负极是锂离子的“收容所”
要想了解何为“海绵硅负极片电池技术”，还需先从动力电池的基本原理说起。电池的充放电本质上是锂离子在正负极之间“游泳”，锂离子跳入电解液，从正极移动到负极，就完成了一次充电；从负极移动到正极，就完成了一次放电。
最近几年，“磷酸铁锂”“三元”“无钴”等锂电池领域的专业名词不断为消费者熟知，但这些技术都属于电池的正极技术。而锂离子电池中的负极材料，同样是影响电池容量的关键，却像个隐形人，很少被人提及和关注。
在商用锂离子电池领域，负极材料大多采用石墨。石墨作为负极有很多优点，例如耐高温、耐氧化、抗腐蚀、导热、导电性能强等。
硅负极倒是能吃，可惜消化不好
既然石墨如此优秀，无论是研发、生产和制造都已经十分成熟，也是广大动力电池厂商选择的标准路径，那广汽埃安为什么还要研究“硅负极”呢？这就不得不提到石墨相对于硅的一个劣势——容量小。
石墨的理论比容量只有372mAh/g，但硅的理论比容量可达4200mAh/g，相当于石墨的近十倍！用句流行的话说，硅就是老天爷追着给它喂饭吃，天生就是做动力电池负极的“好料”。如此高的比容量，再搭配高镍三元等技术，对于电动车的续航提升大有裨益。
但硅负极在天赋异禀的同时，也有它的不足之处——消化不好，吃多了容易胀气。硅负极材料在充放电过程中会膨胀收缩，体积变化很大，造成硅在多次循环的过程中开裂、破碎，长此以往，从电池正极游过来的锂离子会发现，自己的“收容所”消失了，无处可去了，电池容量随之衰减，寿命就降低了。
除此以外，硅负极这种特性，还会伤害固体电解质界面层（Solid Electrolyte Interface, SEI）。在锂离子电池首次充放电过程中，电解液会在负极表面发生副反应，形成一层覆盖于电极材料表面的膜，锂离子可以在膜内外畅通无阻，但电解液分子和电子却休想通过，避免了与电极的继续反应。
石墨负极所形成的SEI致密、薄、规整，但硅负极不同，由于硅“消化不良”的特性，其体积膨胀时，会使SEI破碎，破碎初新露出的硅负极材料会与电解液持续发生副反应，一方面修复了破损的SEI，但同时又反应消耗了电池中的活性锂，从而会导致电池容量的持续衰减。
这么一看，硅负极真的是“忧喜参半”，容量大的同时问题也不少。但广汽研究院既然敢把它量产，那必定是有办法治它。广汽研究院是如何治硅负极这个调皮家伙的呢？
2、海绵硅负极片电池技术。
海绵的特性就是吸水后膨胀，但把水排掉后又收缩回原来的体积，不会过分膨胀甚至爆裂。海绵硅负极片电池技术的核心原理就是，让电池内部的硅负极片变得像海绵一样柔软有弹性，使硅在充放电过程中的膨胀收缩被限制和缓冲，不会碎裂。同时，让硅负极发挥出大容量的优势，像海绵吸水一样，储存更多的能量。
海绵硅负极片电池技术是由涉及正负极材料、粘结剂、电芯设计、工艺制造等一系列技术群所组成。
在材料领域，包含有“纳米复合硅技术”。这项技术是通过把硅材料控制在纳米尺度，并在表面包覆一层保护层，控制微观形貌，最大程度降低硅在充放电过程中的体积膨胀。同时，这种表面包覆保护层也避免了硅直接与电解液接触，提升了界面的稳定性。所以，“纳米复合硅技术”的作用，是缓解硅材料在充放电过程中的膨胀。
而另一项“自修复功能的粘结剂技术”，是对极片中的粘结剂进行改性优化，使其具有优异的包覆、粘结和回弹性能，能使破损的硅负极极片在膨胀收缩过程中得以修补，保持很好的电极结构的稳定性。这项技术是对膨胀收缩的电池极片予以“修复”。
在工艺制造领域，广汽埃安还开发了“梯度复合涂布技术”，通过硅负极极片活性组分与非活性缓冲组分的梯度分布设计，大幅提升了活性层与集流体的结合力，改善了负极极片本体的结构稳定性。这项技术是让硅材料在充放电过程中的膨胀得到“缓冲”。
通过包含以上这些海绵硅负极片电池技术的技术群，动力电池单体电芯在同等电量的情况下，体积能够减小20%，重量能够减轻14%；电池电芯能量密度可达到280Wh/kg，处于行业领先水平。这样就能实现在相同的、空间紧张的车辆底盘下，放更多的电池、存更多的电量、充更多的电，电动车也就能跑得更远了。同时海绵硅负极片电池技术的电池电芯还表现出非常好的低温容量保持率，-20℃容量保持率达到92%以上，优于市场上传统的石墨负极电芯，大幅提升了电动车在冬季低温条件下的续航表现。
3、骚动的硅负极电池
2020年中国复合硅基负极出货量0.6万吨，2021年出货量1.1万吨，同比增长83.3%。
高速增长背后，一方面，来自于电动工具、智能家居锂电池市场需求旺盛，叠加国际电动工具巨头、跨境电商等锂电池供应向国内转移，高容量、高倍率锂电池需求增加带动国内硅基负极需求起量。
目前，硅基负极主要应用在高端圆柱电池领域，上述两大板块市场硅基负极应用占到硅基负极市场用量70%以上。
另一方面，源于动力电池的稳定增长。动力电池方面，在目前量产车型中，仅特斯拉长续航版本车型在负极中掺入少量的硅，车型销量的增长带动部分国内硅基负极需求的增长。
高工锂电获悉，作为国内少数实现硅基负极量产的企业，杉杉科技硅基负极在电动工具、智能家居、高端3C数码等市场的供应快速起量，2021年硅基负极实现满产满销，并在动力电池应用领域通过主流车企的多轮评测。
行业一致判断是，兼顾相比石墨更高比容量与更长使用寿命，硅基负极在高端锂电领域将快速迎来规模化应用需求。同时，4680大圆柱电池以及长续航快充车型的规模化量产，叠加硅基负极产业链扩产提速，将推动硅基负极材料进入爆发式增长通道。
4、硅基负极三大增量市场
硅基负极主要是指石墨掺硅复合材料，掺杂产品包括硅碳（Si/C）负极材料及硅氧（SiO/C）负极材料，主流掺硅比例在5%-6%。
目前，硅基负极主要应用在高端3C数码、电动工具等领域，并且有望在动力电池领域开辟出指数级增长通道。
1）电动工具市场。
2021年以来，亿纬锂能、长虹能源、比克电池、远东电池、鹏辉能源等企业的电动工具锂电池出货都出现不同幅度的增长，并在积极扩产以满足下游市场增长需求。
电动工具锂电池头部供应商表示，根据客户对电池性能的需求，部分容量2500-2600mAh的高倍率圆柱电池有硅基负极应用需求，而容量上到3000-3350mAh及3500mAh的产品绝大部分必须用到硅基负极。
进入2022年，电动工具锂电池市场需求增势不减。海四达电源目前在手圆柱锂电池订单已经覆盖公司前三季度的生产计划；鹏辉能源正在准备更多产线为TTI 及其他高端工具客户供货；天鹏电源获得史丹利百得3年供应长单。
GGII统计数据显示，受全球电动工具市场增长带动，2021年全球电动工具锂电池出货量为22GWh；预测未来2026年出货规模增至60GWh，相比2021年仍有2.7倍的增长空间。受此带动，硅基负极也将迎来持续增长机会。
2）动力电池市场。
下游客户对快充性能、续航时间提出更高要求，高能量密度电池受到市场青睐，硅基负极优势更加凸显。
市场端，硅基负极应用车企已明显提速，特斯拉推出的4680圆柱电池明确搭配硅基负极，今年2月已启动量产下线；包括蔚来、智己和广汽埃安在电池技术上均提及硅负极，并计划今年上市交付；国轩210Wh/Kg LFP电芯也首次成功应用硅负极。
广汽埃安技术中心高级经理李进表示，广汽埃安海绵硅负极片电池采用三元正极，搭配氧化亚硅负极材料，克容量和掺硅比例都高于市面上现有车型的水平。一般而言，硅基负极最适合在圆柱电池上使用，但广汽埃安率先实现了将其应用在方形电池上，电池材料体系上做了提升，并且整包设计上导入了弹匣电池的设计思路。
特斯拉4680电池应用效应，叠加硅基负极在动力电池领域从圆柱向方形及软包的应用延伸，硅基负极市场将从蛰伏走向爆发。
3）高端数码市场。
5G技术推广带来的智能手机终端需求、民用无人机、智能可穿戴设备等产品的兴起将带动高端消费类电池的增长。
行业预计，2025年硅基负极在高端消费电池渗透率将超过50%。
5、产业链企业加速推进
目前，国内真正实现硅基负极量产及批量供货的企业只有杉杉股份、贝特瑞。璞泰来、石大胜华、翔丰华、硅宝科技等公司处于布局、中试或研发阶段。
下游应用市场需求已经“起风”，上述硅基负极企业也在加速推进产业化进程。
杉杉股份表示，最新一代快充类产品（3C、5C）已经在全球主流消费类企业试产，预计2022年全面导入，公司快充消费类产品将继续领先市场。在动力电池应用领域已经通过主流车企的多轮评测，同时新一代硅氧负极材料项目已经落地。
璞泰来表示，公司硅碳负极材料目前以软包电池和方形电池应用为主，有一定数量的中试品在客户端应用。随着产业链的配套，例如低膨胀的粘结剂、改善首效率的添加剂等的推出，会加大硅碳和硅氧材料在方形电池的应用。公司已经具备中试规模的硅碳和硅氧能力，根据市场需要会加大规模。
石大胜华一期1000吨硅基负极已经进入试生产阶段，预计今年下半年批量出货。公司还规划了2万吨级硅基负极产线，预计将于2023年12月份建成投产。
翔丰华表示，硅碳负极材料产品处于中试阶段，已具备产业化条件。
新安股份指出，碳化硅负极项目的中试工程已完成设备安装进入试生产前准备阶段。
硅宝科技硅碳负极材料已通过数家电池厂商测评并实现小批量供货，2021年11月公告称建设1万吨/年锂电池用硅碳负极材料项目，产能规模从50吨提升至万吨级别。
文章来源： 小安说车，高工锂电网
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