動(dòng)輒超過(guò)300Wh/kg甚至500Wh/kg的超高能量密度，固態(tài)電池可謂“吊打”傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池。“電解液從液態(tài)變成固態(tài)不會(huì)帶來(lái)能量密度的提升。”業(yè)內(nèi)人士指出，但固態(tài)電池體系提供了更高的安全冗余度和對(duì)新型正負(fù)極材料更好的相性，可以用到更高容量的負(fù)極材料或者正極材料。

作為理論比容量是石墨10倍以上的硅基負(fù)極材料，如今幾乎成為固態(tài)/半固態(tài)電池的標(biāo)配，與高能量正極材料相搭配，使電池能量密度輕松突破300Wh/kg。

比如，蔚來(lái)汽車(chē)150kWh半固態(tài)電池包，采用固液混合電解質(zhì)，超高鎳正極材料和硅碳復(fù)合負(fù)極材料，能量密度達(dá)360Wh/kg；廣汽集團(tuán)宣布將推出的全固態(tài)電池，采用高面容量固態(tài)正極和海綿硅負(fù)極材料，能量密度超400Wh/kg；智己汽車(chē)超快充固態(tài)電池，正極采用納米尺度固態(tài)電解質(zhì)包覆超高鎳材料，負(fù)極為高比能復(fù)合硅碳材料，能量密度達(dá)到368Wh/kg。

電池廠(chǎng)商方面，正力新能的雙重半固態(tài)超長(zhǎng)續(xù)航大圓柱電池正力騏龍，采用超高鎳正極+高硅負(fù)極材料體系，電芯能量密度達(dá)306Wh/kg；系統(tǒng)能量密度超245Wh/kg。國(guó)軒高科發(fā)布基于全固態(tài)電池技術(shù)的金石電池，通過(guò)微納化固體電解質(zhì)、超薄膜包覆單晶正極和三維介孔硅負(fù)極等技術(shù)，能量密度達(dá)到350Wh/kg。

電池中國(guó)注意到，今年年初寧德時(shí)代、比亞迪、億緯鋰能等頭部電池廠(chǎng)商密集申請(qǐng)了硅負(fù)極材料專(zhuān)利。隨著固態(tài)/半固態(tài)電池等產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，對(duì)硅材料的需求也將大幅增加。中金公司預(yù)計(jì)，到2025年全球硅基負(fù)極材料需求量有望達(dá)到20萬(wàn)噸的規(guī)模。

下一個(gè)“軍備競(jìng)賽”的賽點(diǎn)

“正極材料從磷酸鐵鋰到三元高鎳化，已經(jīng)有了突破；相對(duì)應(yīng)的，負(fù)極材料的比容量提升將會(huì)是這場(chǎng)‘軍備競(jìng)賽’的下一個(gè)賽點(diǎn)。硅基是目前已知比容量最高的鋰離子電池負(fù)極材料，且原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉。所以，硅基負(fù)極是當(dāng)前負(fù)極材料中最具確定性的一條技術(shù)路線(xiàn)。”物科金硅的創(chuàng)始人兼CEO黃杰表示。

從性能上講，硅基確實(shí)是下一代理想的負(fù)極材料。硅具有高達(dá)4200mAh/g的超高理論比容量，高出傳統(tǒng)石墨材料（372mAh/g）容量10倍以上。并且硅基具有較低的脫鋰電位，且由于其電壓平臺(tái)與石墨相比較高，在充電時(shí)更難引起表面鋰離子析出，電池綜合安全性能更為出色。

據(jù)了解，廣汽全固態(tài)電池采用第三代海綿硅負(fù)極片技術(shù)，通過(guò)活性納米硅的非晶化、高強(qiáng)度3D多孔支撐體、快離子導(dǎo)體包覆等技術(shù)的應(yīng)用，負(fù)極可逆容量達(dá)到1500mAh/g，達(dá)到現(xiàn)有石墨材料的4倍；較常規(guī)硅負(fù)極材料膨脹率下降37.5%,循環(huán)穩(wěn)定性提升140%。而國(guó)軒高科負(fù)極則采用三維介孔硅負(fù)極，具有高比表面積和良好的分散性，可以增加與電解液的接觸面積，提高電池的能量密度。

值得注意的是，長(zhǎng)期以來(lái)，硅基材料沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，是因?yàn)榇嬖谘h(huán)膨脹的缺點(diǎn)。“這是一個(gè)瓶頸。因?yàn)橐坏┕柙诔浞烹姷倪^(guò)程中出現(xiàn)膨脹，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破損，循環(huán)迅速衰減跳水導(dǎo)致電池不能使用。”業(yè)內(nèi)人士指出。因此，硅基材料的一個(gè)技術(shù)核心就在于如何將硅做得更小，從而降低其脫嵌鋰過(guò)程中的膨脹問(wèn)題。

眾材料企業(yè)爭(zhēng)相布局

在向著更高能量密度進(jìn)發(fā)的征程中，硅基負(fù)極材料已經(jīng)成為鋰電材料企業(yè)的“兵家必爭(zhēng)”之技。據(jù)了解，目前包括杉杉股份、貝特瑞、翔豐華、道氏技術(shù)、德方納米、天目先導(dǎo)、勝華新材、天諾新能源、新安股份、杰瑞股份、中科電氣等企業(yè)也都在積極推進(jìn)硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化。

其中，貝特瑞現(xiàn)有硅基負(fù)極0.5萬(wàn)噸/年，此外公司還規(guī)劃投資50億元，將建年產(chǎn)4萬(wàn)噸的硅基負(fù)極產(chǎn)線(xiàn)，預(yù)計(jì)到2028年將擁有約5萬(wàn)噸/年硅基產(chǎn)能；杉杉股份已實(shí)現(xiàn)硅基負(fù)極批量供貨，并規(guī)劃了寧波4萬(wàn)噸硅基負(fù)極一體化基地項(xiàng)目；璞泰來(lái)也已經(jīng)啟動(dòng)年產(chǎn)1.2萬(wàn)噸硅基負(fù)極生產(chǎn)研發(fā)基地項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2025年投產(chǎn)。

翔豐華表示，公司開(kāi)發(fā)的硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。公司與清陶能源簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在固態(tài)/半固態(tài)電池負(fù)極材料關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)等方面達(dá)成全面戰(zhàn)略合作。中科電氣表示，目前公司已建設(shè)完成硅基負(fù)極中試產(chǎn)線(xiàn)，并有產(chǎn)品向客戶(hù)進(jìn)行送樣測(cè)試。

行業(yè)分析認(rèn)為，隨著硅基負(fù)極材料在技術(shù)、成本方面的進(jìn)一步突破，硅基負(fù)極在動(dòng)力電池領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)入產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入快速階段。而率先在該領(lǐng)域前瞻卡位的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，有望在市場(chǎng)窗口期獲得突破性進(jìn)展，在未來(lái)的負(fù)極競(jìng)爭(zhēng)格局中占領(lǐng)一席之地。