多重要素效果下，新式动力电池技能锋芒毕露

近来，工信部发布的最新一批《新动力轿车推行运用引荐车型目录》显现，广汽新动力推出了一款新车型AIONLXPLUS。据悉，该款车凭仗续驶路程超越1000km，百公里耗电量只要15.8kWh，成为业界重视的焦点。此前，广汽新动力方面就曾对这一新车型进行推介称，其超长续驶路程首要得益于海绵硅负极片电池技能。

近一两年来，动力电池在续驶、安全、快充等功能上的“内卷”不断加重，能够完成更优特性的技能形形色色。在新动力轿车商场规划和浸透率不断进步的驱动下，动力电池技能立异研制的脚步正在加快，为工业格式的重塑带来一股新变量。

硅负极电池

据了解，广汽埃安AION LXPLUS配装新式镍钴锰三元锂电池，系统能量密度到达205Wh/kg。与一般镍钴锰三元锂电池不同的是，新式电池的负极加入了像海绵相同柔软的硅片。这种规划使硅在充放电过程中的胀大和缩短被约束和缓冲不会碎裂，一起也像海绵吸水相同，让硅负极发挥大容量的优势，贮存更多能量，其中心优势在于大幅下降了电池的质量和体积。

广汽新动力官方资料显现，经过这项自主研制的“海绵硅负极片电池技能”，在平等电量情况下，动力电池单体电芯可完成体积减小20％、分量减轻14％。这款新式电池现在的电芯能量密度可达280Wh/kg，未来经过技能迭代，这个数值有望进步至315Wh/kg。

现阶段，我国动力电池的负极资料首要以人工石墨为主，但其克容量已接近理论数值，难以进一步进步，因而开发锂电池的新式负极资料及技能成为研制要点。

商业化的硅资料负极一般为硅碳复合系统，跟着相关技能逐步老练，其工业化运用逐步推动。来自鑫椤资讯的统计数据显现，2020年，我国硅碳负极资料出货量为0.9万吨，占比约为2％。

一贯被称为新动力轿车职业风向标的特斯拉，几年前就将目光转向了硅负极技能。从ModelS、ModelX开端，特斯拉就在动力电池的石墨负极中掺入硅资料。Model3上运用的21700电池中，硅的份额再次得到进步，能量密度较上一代18650电池进步约20％。值得重视的是，特斯拉方面还表明，最新的4680电池将导入硅负极代替本来的碳基资料。另据得悉，特斯拉近期收买了美国电池草创公司SiILion，后者具有“包含硅颗粒的大型电池负极”专利，现在已转移到特斯拉名下。

国内造车新势力在动力电池新技能运用上也不甘落后。本年1月，蔚来轿车方面表明，将在2022年交给150kWh电池包，正极运用纳米包覆超高镍资料，负极运用预锂化硅碳负极，一起运用半固态电解质，单体能量密度可达350Wh/kg。本年4月上市的智己L7，其118kWh高配版动力电池选用与宁德年代协作的“掺硅补锂”技能，官方称其电芯最高能量密度可达300Wh/kg，具有20万公里零衰减和“永不自燃”的特性。

世界上，松下、三星SDI的圆柱电池此前已导入硅碳负极。此外，丰田、三菱、日立化成等也是首要的硅基负极资料技能专利申请企业。

在国内，干流动力电池供货商早已看到硅负极电池的开展潜力，比亚迪、宁德年代、国轩高科、贝特瑞、杉杉股份、力神、比克、万向等都打开了相关布局。比方，本年年初，国轩高科初次推出能量密度达210Wh／kg的磷酸铁锂电池新品。该公司表明，这一功能的进步，离不开要害的“高克容量硅负极资料和先进的预锂化技能”。

据介绍，硅碳负极资料因其比容量大，能大幅进步锂电池的能量密度，是新一代负极资料的开展方向。东北证券的研讨报告显现，锂电池负极从石墨系统到硅基负极将是未来的晋级方向。跟着动力电池能量密度要求的进步，硅碳负极调配高镍三元资料成为开展趋势。未来两年，跟着高镍三元资料技能逐步老练，硅碳负极的工业化行将到来。

新动力与智能网联独立研讨员曹广平对《我国轿车报》记者表明，现在硅负极或高硅含量的硅碳负极资料，优势在于克容量较大，理论上是现有石墨负极的几倍或10倍以上，因而运用硅做负极可大副进步锂离子电池的能量密度。硅是碳的本家元素，硅或硅碳负极资料在电化学上都能完成嵌锂和脱锂。“不过，因为硅在嵌锂的过程中体积胀大较大，脱锂后又简略崩塌，所以理论上规划难度较大、运用寿数较差。”他称。

对此，有业界人士指出，硅碳负极适合做寿数相同相对略短的高镍三元正极的“伙伴”，出产循环寿数满意惯例运用需求、具有高能量密度的电池单体。

“现在，硅碳负极的本钱稍高，并且还存在体积胀大、首效低及补锂技能不老练等应战，估计跟着这些问题得以处理，会有更多车型配装硅碳负极的动力电池。”一家新动力轿车企业的相关负责人说。

“在锂负极或锂混合负极工业化之前，硅碳或硅负极很或许有必定的商场窗口期，其长短取决于能否补齐自身短板以及下一代锂负极的难题何时霸占。”曹广平以为。

钠离子电池

本年，宁德年代成功带“火”了钠离子电池。在新品线上发布会上，宁德年代推出了电芯单体能量密度高达160Wh/kg的钠离子电池，并方案将下一代产品的能量密度进步到200Wh/kg。此外，宁德年代钠离子电池在快充功能上优势显着，在常温下充电15分钟，电量可达80％以上；在零下20℃的低温环境中，也能具有90％以上的放电坚持率，系统集成功率可达80％以上。

当时，钠离子电池仍处于工业化初期，动力电池企业纷繁布局相关技能与产能。宁德年代方面表明，方案2023年根本构成钠离子电池工业链。此外，中科海钠、钠立异动力、星空钠电等也在进行相关布局。世界上，英国FARADION、日本松下、丰田等国外企业也都在进行钠离子电池的工业化探究。

据了解，我国钠储量丰厚、散布广泛、本钱低价，可用于支撑大规划储能技能可持续开展。中科海钠董事长胡勇胜指出，他们研制的高容量、长寿数、超低本钱、环境友好新式软碳负极资料——高温裂解无烟煤，为钠离子电池负极资料实用化奠定要害根底，发明专利已在我国、美国、日本取得授权。

资料显现，我国80％以上的锂质料依靠进口，并且其不断攀升的价格也让职业承压显着。比较之下，钠资源储量大，且提炼简略。据中科海钠方面测算，获益于更低的资料本钱，钠离子电池较锂离子电池本钱一般低30％～40％。

广发证券的研讨报告显现，2025年，国内钠离子电池潜在运用场景需求量为123GWh，以磷酸铁锂电池价格计量，对应537亿元左右的商场空间。

此前，工信部答复政协提案表明，有关部门将支撑钠离子电池加快立异作用转化，支撑先进产品量产才能建造。

“钠离子电池现在已小批量试产，但要大规划运用还需过工艺关、质量关、上车关、运用关，而进一步推行受限于能量密度较低一级短板。”曹广平介绍道。

业界专家指出，钠离子电池能够作为当时动力电池技能道路的弥补，不过要想大规划商业化仍需面对许多应战。比方，钠离子电池自重较重，作为动力电池还要在能量密度上完成打破。此外，钠离子电池的正负极、电解液等资料供给也没有构成规划。钠离子电池未来运用场景或首要会集在储能、低速电动轿车等范畴。

中信证券的研讨报告显现，在动力革新的大年代下，钠离子电池在资源丰厚度、本钱方面优势显着，未来几年跟着工业投入的加大，技能走向老练、工业链逐步完善，有望在储能等范畴完成商业化运用，在必定程度上构成对锂离子电池、铅酸电池等老练储能技能的弥补。

锂金属电池

从硅负极技能的开展来看，进步动力电池能量密度的着力点已从正极拓宽至负极等组成部分上。在这一职业布景下，选用金属锂作为负极资料的锂金属二次电池也遭到更多重视。

与锂离子电池比较，混合锂金属电池的正极资料简直与之彻底相同。作为负极资料，锂金属的理论容量为3860mAh/g，约为石墨的10倍，可与现有高容量正极系统调配。高能量密度的锂金属电池，以其资料自身的优势，能够完成超出惯例锂电池40％以上的能量密度，到达400Wh/kg以上。

近来，混合锂金属电池供货商SES发布了Apollo锂金属电池，容量高达107Ah，据称是现在全球单体容量最大的锂金属电池，也是世界上初次揭露展现的超越100Ah的单体锂金属电池。

据介绍，SES正在建造上海超级工厂，方案于2023年竣工，总面积为3万平方米。超级工厂坐落于嘉定世界轿车城，建成后的产能将达1GWh，到时成为全球产能最大的锂金属电池工厂。SES创始人胡启朝表明，混合锂金属电池工业化或许的时刻点估计在2025年。

据介绍，与锂离子电池比较，混合锂金属电池技能道路既能够进步能量密度，又能够改进安全性。曹广平对记者表明，与传统的锂离子电池比较，混合锂金属电池选用了大克容量的锂金属负极以及较薄固态电解质层，能够大幅进步能量密度。

国内干流电池企业也看到了混合锂金属电池未来的开展空间。宁德年代11月4日在出资者互动渠道表明，公司一向紧跟世界前沿的研讨，成立了21C实验室进行前瞻性技能攻关，现在正推动包含金属锂电池、全固态电池等在内的新式技能布局。

亿纬锂能研讨院先进电池研讨所彭燕秋介绍说，近年来亿纬锂能专心于金属锂电池的研讨，经过系统分析各要害工艺及相关设备的原理，采纳新式金属锂来料方法、新设备开发、参数优化等战略，完成了主动模切及半主动叠片，金属锂二次电池叠片时刻仅需1.7分钟，并在锂硫电池的开发进步行了验证，后续将经过模切－叠片一体化设备的开发，完成全主动叠片工艺，为高比能金属锂二次电池供给牢靠的技能支撑。

有业界人士指出，尽管锂金属电池的储电量相当于锂离子电池的10倍，但在商业化上面对“卡脖子”的问题，即在锂金属电池充放电时，锂会不均匀地集合在电极上。这种积集会大大缩短动力电池的寿数，并且或许会导致短路乃至起火。

“锂金属电池技能的开展首要存在三个方面的问题，一个是简略生长出锂枝晶，它刺破隔阂但是影响安全性的大问题；二是锂负极简略发生体积的剧烈胀大，严重影响电池寿数；三是锂的化学性质生动，在湿润空气等环境下就能反响，因而出产需要在特别条件下进行，存在许多工艺上的难题有待改进。”曹广平告知记者。彭燕秋也表明，锂金属二次电池间隔完成商业化运用还有很长的一段路要走。

近期，美国哈佛大学发布的一项新研讨，将锂金属、固态电解质两大方向结合，取得了新打破。其研制的锂金属固态电池表现出十分安稳的状况，在高能量密度设定下，仍可完成充放电循环超1万次，用在电动轿车上预期寿数可达10～15年，快充形式下10～20分钟即可“满血”。

4680大圆柱电池

近来，亿纬锂能发布公告称，子公司亿纬动力拟与荆门高新区管委会签定合同书，分别在荆门高新区出资建造20GWh乘用车用大圆柱电池出产线及辅佐设备项目、16GWh方形磷酸铁锂电池出产线及辅佐设备项目，出资项目固定资产出资总额约为62亿元。

亿纬锂能董事长刘金成表明，将在荆门建造的大圆柱电池项目，或许是全世界范围内最早量产的4680、4695电池出产基地。

事实上，松下、特斯拉、比克、蜂巢动力等企业也在布局4680大圆柱电池，并且一些企业的产品行将迎来量产。

前不久，松下初次发布4680电池新产品，存储容量是现有电池的5倍，方案2022年3月在日本开端试出产。松下方面介绍称，4680大圆柱形电池专为满意特斯拉电动轿车的要求而制作，出产本钱折半。本年，松下已在日本建立了一条4680电池测验线。松下方面还表明，假如能以比同行更高的功率出产这款电池，将考虑进行大规划出资，并向特斯拉以外的车企供给。此外，三星SDI和LG动力也完成了功能更强的4680电池的样品开发，现在正在进行测验，以验证其结构完整性。

圆柱电池卷绕工艺老练、本钱低，但芯内热量不易散出，热办理的作用稍差，且成组后体积能量密度稍低。对此，各企业经过不同的立异手法改进其存在的问题。比克电池首席科学家林建介绍称，经过对正负极资料和结构规划的优化，比克全极耳大圆柱产品开发进度契合预期，在统筹能量密度的根底上快充功能进步3倍，现在产品已为部分客户送样，在满意商场需求的根底上，测验成果部分功能优于预期。

蜂巢动力董事长兼首席执行官杨红新以为，大圆柱电池的商场前景宽广，在高功能跑车、SUV等范畴具有运用优势，以此为打破口，圆柱电池可与方形、软包电池打开竞赛。本年，蜂巢动力也将切入大圆柱电池范畴。

与传统圆柱电池比较，4680电池的功能显着进步：一是空间利用率进步，圆柱体积的增大能够削减电池单体数目；二是出产本钱下降，单体能量密度添加，意味着电芯数量的削减；三是快充功能改进，15分钟内能充至80％的电量，功率密度峰值可达1000W/kg以上。

因为前史原因，我国方形动力电池所占比重较大，圆柱电池运用式微。而现在，不少整车企业与供货商又将目光从头放在晋级后的大圆柱电池上。受特斯拉国产化的带动，国内圆柱电池的装车量逐步重回正增加，2020年到达8.35GWh，占国内新动力轿车电池装车量的13％。

林建表明，大圆柱电池的运用潜力很大，特别是在高端乘用车和商用车商场。此外，它不仅能够配套整车，一些续驶要求较高的近距离出行东西和终端设备相同适用。圆柱电池在新动力轿车范畴的运用价值仍然存在，其高一致性和低本钱的优势仍能在一些细分范畴找到适宜的生存空间。跟着量产上市，大圆柱电池或得到更多车企的喜爱。