来源 :电池中国2023-04-17
“目前硅基负极材料主要应用于圆柱电池。全球硅基负极材料在圆柱电池中已经量产和即将量产的企业，已经有10家以上。”在日前由电池中国网举办的Li+学社（第21期）技术大讲堂上，贝特瑞产品中心硅氧产品线总经理庞春雷博士表示。
图为贝特瑞产品中心硅氧产品线总经理庞春雷博士作技术分享
应用了硅基负极材料的圆柱电池性能非常优异。特斯拉掀起的4680大圆柱电池热潮风起云涌。宝马计划2025年在其电动车型上搭载第六代大圆柱电芯，并定点亿纬锂能、宁德时代和远景动力为其供应电芯。保时捷、江淮、东风岚图等多家整车厂也已公开宣布旗下车型会搭载4680大圆柱电池。戴姆勒、大众等也在考虑使用大圆柱电池。
在电池供应商方面，当下包括亿纬锂能、LG新能源、松下、三星SD1、比克电池、国轩高科、蜂巢能源、力神电池等在内的全球主流电池企业，都在积极跟进大圆柱电池的布局。庞春雷表示，大圆柱电池的快速发展，将有利于推动硅负极材料的大规模应用。
“硅负极材料在圆柱电池里应用比较容易，在软包和方形电池中的应用则相对困难些。”庞春雷指出，方形和软包电池对硅的应用非常少，最大痛点是“高添加，膨胀太厉害”。46系列大圆柱电池将是未来硅基负极材料应用的主要增长点。据预测，到2026年全球硅负极材料需求量将达到2.8万吨。
电池类型对硅负极性能确实有重要影响。据庞春雷介绍，圆柱电池可以为硅基负极提供更高的外部应力，有效抑制电极开裂、改善界面阻力。而且圆柱电池散热面积小，温度易集中在内部。而高温有利于硅材料趋于各向同性膨胀，减少开裂。
“同样的材料体系下，软包电池倍率性能会更差，尤其是在大电流下，方形和圆柱会表现好些，是因为此类型电池内阻和温度差异导致。”庞春雷分析。对于含硅的体系，圆柱电池的储存性能以及循环性好，圆柱硬质外亮可以很好适应硅的体积膨胀。
当然，4680大圆柱电池对硅基材料也提出了很高的要求。由于圆柱电池成组效率低，因此硅基负极需要更高首效、更高比容量以匹配正极，降低容量损失。同时，大圆柱电池温度和应力分布不均匀，硅基负极需要开发更低膨胀、更加稳定的结构确保最佳性能。此外，硅负极材料要持续提升性价比，保持长期的应用优势。
“针对高首效要求，贝特瑞通过引入元素将SiO?缓存基体预先转化为非活性物质，实现首次库伦效率的提高。同时，独创均匀掺杂技术提高首效，一致性高，技术成熟，目前已量产可批量供货。”庞春雷介绍说。
针对高比容量要求，贝特瑞通过微纳结构优化，来提升材料比容量。针对低膨胀要求，贝特瑞通过可控预留空间多级复合结构设计，研发孔隙可调的硅基复合材料；采取微米结构多孔化方式，减轻膨胀应力；硅/石墨等搭配优化；各种方式实现低膨胀、高性能。
面对大圆柱电池商业化提速带来的市场机遇，贝特瑞也在加快硅基材料产能建设。据庞春雷透露，目前公司的硅基负极材料产能有几千吨，去年公司又规划投资50亿元，将要建设年产4万吨的硅基负极产线，预计今年年底将建成投产1.5万吨产能。到2028年，公司将拥有约5万吨/年的硅基产能。