7月6至7日，2023全球動(dòng)力鋰電池負(fù)極材料及原材料大會(huì)在青島召開。深圳市比克動(dòng)力電池有限公司(以下簡稱比克電池)潘慶瑞博士受邀出席“非碳類負(fù)極的關(guān)鍵技術(shù)路線”專場活動(dòng)，以《硅基材料在圓柱鋰離子電池上的開發(fā)現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)》為主題進(jìn)行了演講，攜手行業(yè)同仁從原材料行情、市場、技術(shù)等多維度探討鋰電發(fā)展新未來。
圖1：比克電池潘慶瑞博士現(xiàn)場分享
伴隨新能源汽車和鋰電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，作為鋰離子電池核心主材的負(fù)極材料需求增長旺盛。據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國鋰電負(fù)極材料行業(yè)現(xiàn)狀深度調(diào)研與未來投資研究報(bào)告(2023-2030年)》顯示，負(fù)極材料是鋰離子電池儲(chǔ)存鋰的主體，截至2022年市場規(guī)模為308.3億元，相較2021年增加77.2億元。
雖然石墨已被公認(rèn)為是鋰電池的理想負(fù)極材料，但由于容量已接近理論極限，限制了高性能鋰離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。當(dāng)下，硅因?yàn)槠涓呃碚摫热萘?、低脫嵌鋰電位、環(huán)境友好、儲(chǔ)量豐富等多重優(yōu)勢，被行業(yè)視為最具潛力的下一代負(fù)極材料主力軍。
比克電池作為國內(nèi)老牌鋰電廠商，憑借敏銳的嗅覺和領(lǐng)先的優(yōu)勢，成為國內(nèi)最早應(yīng)用硅負(fù)極材料的企業(yè)之一，并在該領(lǐng)域持續(xù)深耕。
潘慶瑞博士介紹：“硅基材料要在電芯中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，需要滿足高容量、高界面穩(wěn)定性、高振實(shí)(壓實(shí))、低成本等性能。目前符合的這些要求的主要是一些微米級(jí)-納米設(shè)計(jì)的硅負(fù)極材料，如傳統(tǒng)硅碳、新型硅碳、氧化亞硅等，比克已在這些方面做了大量研發(fā)工作，發(fā)現(xiàn)負(fù)極材料在350-700mAh/g區(qū)間使用時(shí)，能量密度會(huì)隨著負(fù)極容量提高明顯提升。”
硅基材料帶來更高容量的同時(shí)，也產(chǎn)生了體積膨脹的新問題，給硅的實(shí)際應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。比克電池優(yōu)先選擇圓柱電池策略，取得了不錯(cuò)的突破和進(jìn)展。潘慶瑞博士表示：“方殼、軟包電池在循環(huán)后期容易發(fā)生明顯的膨脹，但圓柱電池因結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，即使在壽命終止時(shí)也能保證不形變，不但可采用更激進(jìn)的化學(xué)體系，而且還能保證優(yōu)異的安全性能。比克也是國內(nèi)最先量產(chǎn)高鎳-硅體系電芯的企業(yè)之一。”現(xiàn)階段，比克電池硅氧材料已由一代硅發(fā)展到三代硅，首效由77%提升至86%，正極利用率也在逐步增加;既保持了高容量，又使得電池循環(huán)壽命依舊能夠達(dá)到常溫1000周80%，45℃高溫1000周70%以上。
圖2：比克電池硅負(fù)極圓柱鋰電池
百尺竿頭更進(jìn)一步，基于前沿負(fù)極材料研究，比克圓柱電芯產(chǎn)品布局明確。從2024年到2027年，比克電池在大圓柱產(chǎn)品路線上實(shí)施雙線布局戰(zhàn)略，滿足新能源汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品等應(yīng)用場景，對電池容量、效率和續(xù)航能力諸多方面提出的更高要求。其一是高性能路線，能量密度在280～330Wh/kg之間，首代產(chǎn)品采用高鎳+高首效硅，支持4C快充;輕量化產(chǎn)品，依舊采用高鎳+高首效硅，并支持4C快充;準(zhǔn)固態(tài)產(chǎn)品，將采用超高鎳+高比例硅，支持2～3C快充。其二是低成本路線，能量密度達(dá)200Wh/kg左右，為磷酸鐵鋰+硅、Na+離子電池、磷酸錳鐵鋰+硅等多種體系，實(shí)現(xiàn)多元化使用場景。
未來，在動(dòng)力鋰電池、消費(fèi)電池、儲(chǔ)能電池三方面需求持續(xù)增長下，前瞻產(chǎn)業(yè)研究院初步預(yù)測，2026年鋰電池負(fù)極材料需求量將高達(dá)127萬噸，年均復(fù)合上升率為25%，迎來良好發(fā)展契機(jī)。潘慶瑞博士認(rèn)為：“圓柱電池的繼續(xù)發(fā)展，依賴于高鎳和硅材料的開發(fā)應(yīng)用，而硅基材料的應(yīng)用面臨著成本、界面穩(wěn)定性、膨脹、產(chǎn)氣、淺充放循環(huán)等瓶頸。比克電池將以更高摻混比例推動(dòng)硅基材料發(fā)展，協(xié)同電解液和安全方面優(yōu)化，力爭打破瓶頸，探索全新新能源電池，讓生活更加美好。
