充電5分鐘續航兩三百公里 新能源車高速排隊充電問題有解了？

每經記者 朱成祥    每經編輯 文多    

近年來，隨著新能源汽車滲透率的提升，節假日高速服務區排隊充電的現象日益嚴重。然而，隨著快充技術的進步，這一問題有望得到顯著改善。

目前，許多快充技術已能達到充電5分鐘，續航100公里的水平。9月25日，上汽通用汽車宣布，與寧德時代合作推出了一款6C（倍率）超快充磷酸鐵鋰電池，能夠在充電5分鐘的情況下使續航里程增加200公里以上，并計劃于明年起在準900V高壓電池架構中投入使用。此外，據報道，輝能科技近日在巴黎車展期間首次展出“100%復合硅陽極”（即硅基負極）電池系統，公司稱其充電5分鐘可續航約300公里。

充電5分鐘，從續航100公里到200公里，再到300公里，未來電車或將與油車一樣方便地補能。

如何做到快充

從上汽通用的描述看，其與寧德時代共同推出的6C電池，可能仍屬于石墨負極體系。上汽通用稱，該電池使用“第二代石墨快離子環技術”，搭配多梯度分層極片，搭建起了電流傳導的“高速公路”，顯著縮短了充放電時間，實現了更高的能量密度和更高的循環穩定性。

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

輝能科技官網顯示，具體而言，其硅復合負極電池充電5分鐘可續航約300公里，相較業界快充標準（30分鐘），縮短了83.3%的充電等待時間，提升了充電周轉率，解決了充電站不足與充電時間過長的困境。

該電池體積能量密度達到749Wh/L，重量能量密度則達到321Wh/kg。公司稱，根據德國萊茵實驗室的測試數據，該電池系統能在充電5分鐘內，從5%電量充至60%，充電8.5分鐘則可達到80%。

不過，輝能科技未說明該電池何時量產。對此，10月21日，《每日經濟新聞》記者試圖通過郵件的方式聯系輝能科技，但并未成功。

對于硅基材料為何快充性能如此優異，曾佑鵬告訴記者，硅基負極適用快充，主要與其儲鋰機理有關，傳統石墨材料主要是通過擴散嵌鋰提供容量，石墨材料為層狀結構，充電時發生插層反應，鋰離子必須從材料的端面嵌入并擴散至顆粒內部，導致傳輸路徑較長，嵌鋰過程較慢，限制了其快充性能。

“而硅基負極主要是通過擴散+合金化反應提供容量，首先硅材料可從各個方向提供‘Li+’（鋰陽離子）擴散的通道，且Li+與硅的合金化和去合金化反應過程較石墨材料中Li+擴散脫嵌鋰的反應動力學過程更快，因此可提升電池的快充速度。”曾佑鵬補充表示。

硅基材料進入量產階段

既然硅基負極材料的快充性能如此優異，為何目前仍沒有大規模應用？硅基負極材料又存在哪些問題？

對此，沙利文大中華區執行總監向威力認為，硅基負極材料存在體積膨脹、電導率降低以及內部應力這三大問題。

向威力回復《每日經濟新聞》記者稱：“硅作為電池負極時，在充電時會經歷顯著的體積膨脹（最高可達300%），這可能導致電池材料的結構被破壞，影響循環穩定性和電池壽命；膨脹和收縮會導致活性材料的電導率降低，從而影響電池的整體性能和充放電效率；重復的膨脹和收縮會導致電池內部產生應力，從而可能導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，可能導致電池內部短路或熱失控，從而影響電池的安全性。這種現象在極端情況下可能導致起火或爆炸。”

曾佑鵬也認為：“由于體積變化大，硅基負極在充放電過程中，固體電解質界面膜（SEI）會不斷形成和破壞，SEI膜的反復形成和破壞，將造成電池容量衰減快，循環壽命短。”

那么，硅基材料的體積膨脹與收縮問題，又該如何解決？

曾佑鵬認為：“一方面可通過納米結構設計來減輕硅的體積膨脹，如使用硅納米顆粒、硅納米線和硅納米片等納米結構材料；另一方面是通過引入碳基材料來改善硅基負極材料的性能，包括設計核殼結構、蛋黃結構、多孔型結構和嵌入型結構的硅碳復合材料。”

可以看出，硅基負極材料存在的問題，也有明確的解決方案。當下，硅基負極材料體系的電池，量產進度如何？

向威力介紹，國內企業的硅基材料電池系統主要集中在硅碳復合、硅氧復合等負極材料技術方面。國內硅基材料電池系統的出貨量呈現快速增長并逐漸商業化的態勢，核心企業主要包括貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等，致力于產業鏈的技術研發、產能擴張、制造等方面。

其舉例稱，貝特瑞是國內最早量產硅基負極材料的企業之一，其中硅碳負極材料產品已經開發至第五代，比容量達2000mAh/g以上，截至2023年末，硅基負極材料產能達5000噸/年。

杉杉股份早前在互動平臺以及公司公告中表示，公司突破了硅基負極材料前驅體的批量合成核心技術、預鋰化硅材料嵌入均勻性方面的技術瓶頸。公司已領先布局寧波4萬噸一體化硅基負極產能基地，其中一期產能建設中，預計2024年年底“投試產”。

璞泰來于2023年7月設立“安徽紫宸”，啟動年產1.2萬噸硅基負極材料（單體）的項目建設，計劃2025年開始逐步分期投產。

向威力總結稱，目前國內外有超40家廠商布局硅基材料電池系統，行業進入商業化量產階段。