圖為貝特瑞產(chǎn)品中心硅氧產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷博士作技術分享
應用了硅基負極材料的圓柱電池性能非常優(yōu)異。特斯拉掀起的4680大圓柱電池熱潮風起云涌。寶馬計劃2025年在其電動車型上搭載第六代大圓柱電芯，并定點億緯鋰能、寧德時代和遠景動力為其供應電芯。保時捷、江淮、東風嵐圖等多家整車廠也已公開宣布旗下車型會搭載4680大圓柱電池。戴姆勒、大眾等也在考慮使用大圓柱電池。
在電池供應商方面，當下包括億緯鋰能、LG新能源、松下、三星SD1、比克電池、國軒高科、蜂巢能源、力神電池等在內(nèi)的全球主流電池企業(yè)，都在積極跟進大圓柱電池的布局。龐春雷表示，大圓柱電池的快速發(fā)展，將有利于推動硅負極材料的大規(guī)模應用。
“硅負極材料在圓柱電池里應用比較容易，在軟包和方形電池中的應用則相對困難些。”龐春雷指出，方形和軟包電池對硅的應用非常少，最大痛點是“高添加，膨脹太厲害”。46系列大圓柱電池將是未來硅基負極材料應用的主要增長點。據(jù)預測，到2026年全球硅負極材料需求量將達到2.8萬噸。
電池類型對硅負極性能確實有重要影響。據(jù)龐春雷介紹，圓柱電池可以為硅基負極提供更高的外部應力，有效抑制電極開裂、改善界面阻力。而且圓柱電池散熱面積小，溫度易集中在內(nèi)部。而高溫有利于硅材料趨于各向同性膨脹，減少開裂。
“同樣的材料體系下，軟包電池倍率性能會更差，尤其是在大電流下，方形和圓柱會表現(xiàn)好些，是因為此類型電池內(nèi)阻和溫度差異導致。”龐春雷分析。對于含硅的體系，圓柱電池的儲存性能以及循環(huán)性好，圓柱硬質外亮可以很好適應硅的體積膨脹。
當然，4680大圓柱電池對硅基材料也提出了很高的要求。由于圓柱電池成組效率低，因此硅基負極需要更高首效、更高比容量以匹配正極，降低容量損失。同時，大圓柱電池溫度和應力分布不均勻，硅基負極需要開發(fā)更低膨脹、更加穩(wěn)定的結構確保最佳性能。此外，硅負極材料要持續(xù)提升性價比，保持長期的應用優(yōu)勢。
“針對高首效要求，貝特瑞通過引入元素將SiO？緩存基體預先轉化為非活性物質，實現(xiàn)首次庫倫效率的提高。同時，獨創(chuàng)均勻摻雜技術提高首效，一致性高，技術成熟，目前已量產(chǎn)可批量供貨。”龐春雷介紹說。
針對高比容量要求，貝特瑞通過微納結構優(yōu)化，來提升材料比容量。針對低膨脹要求，貝特瑞通過可控預留空間多級復合結構設計，研發(fā)孔隙可調的硅基復合材料;采取微米結構多孔化方式，減輕膨脹應力;硅/石墨等搭配優(yōu)化;各種方式實現(xiàn)低膨脹、高性能。
面對大圓柱電池商業(yè)化提速帶來的市場機遇，貝特瑞也在加快硅基材料產(chǎn)能建設。據(jù)龐春雷透露，目前公司的硅基負極材料產(chǎn)能有幾千噸，去年公司又規(guī)劃投資50億元，將要建設年產(chǎn)4萬噸的硅基負極產(chǎn)線，預計今年年底將建成投產(chǎn)1.5萬噸產(chǎn)能。到2028年，公司將擁有約5萬噸/年的硅基產(chǎn)能。
