充電5分鐘，續(xù)航兩三百公里 新能源車(chē)高速排隊(duì)充電問(wèn)題有解了？

每經(jīng)記者 朱成祥    每經(jīng)編輯 文多    

近年來(lái)，隨著新能源車(chē)滲透率的提升，節(jié)假日高速服務(wù)區(qū)排隊(duì)現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重。而快充技術(shù)的提升，將大幅改善新能源車(chē)主的充電體驗(yàn)。

目前，很多快充技術(shù)仍停留在充電5分鐘，續(xù)航100公里的水平上。9月25日，上汽通用汽車(chē)宣布，其攜手寧德時(shí)代共同推出6C（倍率）超快充磷酸鐵鋰電池，充電5分鐘，續(xù)航可增加200公里以上，并于明年起在準(zhǔn)900V高壓電池架構(gòu)投入使用。

據(jù)報(bào)道，輝能科技近日在巴黎車(chē)展期間首次展出“100%復(fù)合硅陽(yáng)極”（即硅負(fù)極）電池系統(tǒng)，公司還稱(chēng)其充電5分鐘可續(xù)航約300公里。

充電5分鐘，從續(xù)航100公里到200公里，再到300公里，未來(lái)電車(chē)或?qū)⑴c油車(chē)一樣方便地補(bǔ)能。

如何做到快充？

從上汽通用的描述看，其與寧德時(shí)代共同推出的6C電池，或仍屬于石墨負(fù)極體系。上汽通用稱(chēng)，使用“第二代石墨快離子環(huán)技術(shù)”，搭配多梯度分層極片，搭建起電流傳導(dǎo)的“高速公路”，顯著縮短充放電時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更高的能量密度和更高的循環(huán)穩(wěn)定性。

相比之下，輝能科技則使用硅基負(fù)極體系。目前，硅基負(fù)極主要分硅碳負(fù)極、硅氧負(fù)極。對(duì)于輝能科技使用何種材料體系，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者采訪了 TrendForce集邦咨詢分析師曾佑鵬，其表示：“輝能推出的100%硅負(fù)極并非純硅，是高容量（2100~3100 mAh/g）的硅氧體系復(fù)合材料。”

輝能科技官網(wǎng)顯示，具體而言，其硅復(fù)合負(fù)極電池充電5分鐘可續(xù)航約300公里，相較業(yè)界快充標(biāo)準(zhǔn)（30分鐘），縮短了83.3%的充電等待時(shí)間，提升了充電周轉(zhuǎn)率，解決了充電站不足與充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的困境。

該電池體積能量密度達(dá)到749 Wh/L，重量能量密度則達(dá)到321 Wh/kg。公司稱(chēng)，根據(jù)德國(guó)萊茵實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)，該電池系統(tǒng)能在充電5分鐘內(nèi)，從5%電量充至60%，充電8.5分鐘則可達(dá)到80%。

不過(guò)，輝能未說(shuō)明該電池何時(shí)量產(chǎn)。對(duì)此，10月21日，《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者試圖通過(guò)郵件的方式聯(lián)系輝能科技，但并未成功。

對(duì)于硅基材料為何快充性能如此優(yōu)異，曾佑鵬告訴記者：“硅基負(fù)極適用快充，主要與其儲(chǔ)鋰機(jī)理有關(guān)，傳統(tǒng)石墨材料主要是通過(guò)擴(kuò)散嵌鋰提供容量，石墨材料為層狀結(jié)構(gòu)，充電時(shí)發(fā)生插層反應(yīng)，鋰離子必須從材料的端面嵌入并擴(kuò)散至顆粒內(nèi)部，導(dǎo)致傳輸路徑較長(zhǎng)，嵌鋰過(guò)程較慢，限制了其快充性能。”

“而硅基負(fù)極主要是通過(guò)擴(kuò)散+合金化反應(yīng)提供容量，首先硅材料可從各個(gè)方向提供‘Li+’（鋰陽(yáng)離子）擴(kuò)散的通道，且Li+與硅的合金化和去合金化反應(yīng)過(guò)程較石墨材料中Li+擴(kuò)散脫嵌鋰的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程更快，因此可提升電池的快充速度。”曾佑鵬補(bǔ)充表示。

硅基材料量產(chǎn)進(jìn)度幾何？

既然硅基負(fù)極材料的快充性能如此優(yōu)異，為何目前仍沒(méi)有大規(guī)模應(yīng)用？硅基負(fù)極材料又存在哪些問(wèn)題？

對(duì)此，沙利文大中華區(qū)執(zhí)行總監(jiān)向威力認(rèn)為存在體積膨脹、電導(dǎo)率降低以及內(nèi)部應(yīng)力這三大問(wèn)題。

向威力回復(fù)《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者稱(chēng)：“硅作為電池負(fù)極時(shí)，在充電時(shí)會(huì)經(jīng)歷顯著的體積膨脹（最高可達(dá)300%），這可能導(dǎo)致電池材料的結(jié)構(gòu)破壞，影響循環(huán)穩(wěn)定性和電池壽命；膨脹和收縮會(huì)導(dǎo)致活性材料的電導(dǎo)率降低，從而影響電池的整體性能和充放電效率；重復(fù)的膨脹和收縮會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，從而可能導(dǎo)致電極的剝離或裂紋，增加安全隱患。在極端情況下，由于硅材料的膨脹，可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路或熱失控，從而影響電池的安全性。這種現(xiàn)象在極端情況下可能導(dǎo)致起火或爆炸。”

曾佑鵬也認(rèn)為：“由于體積變化大，硅基負(fù)極在充放電過(guò)程中，固體電解質(zhì)界面膜（SEI）會(huì)不斷形成和破壞，SEI膜的反復(fù)形成和破壞，將造成電池容量衰減快，循環(huán)壽命短。”

那么，硅的體積膨脹與收縮，又該如何解決呢？

曾佑鵬認(rèn)為：“一方面可通過(guò)納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)減輕硅的體積膨脹，如使用硅納米顆粒、硅納米線和硅納米片等納米結(jié)構(gòu)材料；另一方面是通過(guò)引入碳基材料來(lái)改善硅基負(fù)極材料的性能，包括設(shè)計(jì)核殼結(jié)構(gòu)、蛋黃結(jié)構(gòu)、多孔型結(jié)構(gòu)和嵌入型結(jié)構(gòu)的硅碳復(fù)合材料。”

可以看出，硅基負(fù)極材料存在的問(wèn)題，也有明確的解決方案。當(dāng)下，硅基負(fù)極材料體系的電池，量產(chǎn)進(jìn)度又如何呢？

向威力介紹：“國(guó)內(nèi)企業(yè)的硅材料電池系統(tǒng)主要集中在硅碳復(fù)合、硅氧復(fù)合等負(fù)極材料技術(shù)方面的量產(chǎn)。國(guó)內(nèi)硅材料電池系統(tǒng)的出貨量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)并逐漸商業(yè)化的態(tài)勢(shì)，核心企業(yè)主要包含貝特瑞、杉杉股份、璞泰來(lái)等，致力于產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)能擴(kuò)張、制造等方面。”

其舉例稱(chēng)，貝特瑞是國(guó)內(nèi)最早量產(chǎn)硅基負(fù)極材料的企業(yè)之一，其中硅碳負(fù)極材料已經(jīng)開(kāi)發(fā)至第五代產(chǎn)品，比容量達(dá)2000mAh/g以上，截至2023年末，硅基負(fù)極材料產(chǎn)能達(dá)5000噸/年。

杉杉股份早前曾在互動(dòng)平臺(tái)上、公告中表示，公司突破了硅基負(fù)極材料前驅(qū)體的批量合成核心技術(shù)、預(yù)鋰化硅材料嵌入均勻性方面的技術(shù)瓶頸。公司已領(lǐng)先布局寧波 4萬(wàn)噸一體化硅基負(fù)極產(chǎn)能基地，其中一期產(chǎn)能建設(shè)中，預(yù)計(jì) 2024 年年底“投試產(chǎn)”。

璞泰來(lái)于2023年7月設(shè)立“安徽紫宸”，啟動(dòng)年產(chǎn)1.2萬(wàn)噸硅基負(fù)極材料（單體）的項(xiàng)目建設(shè)，計(jì)劃2025年開(kāi)始逐步分期投產(chǎn)。

向威力總結(jié)稱(chēng)，目前國(guó)內(nèi)外有超40家廠商布局硅材料電池系統(tǒng)，行業(yè)進(jìn)入商業(yè)化量產(chǎn)階段。

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