7月6至7日，2023全球動力鋰電池負極材料及原材料大會在青島召開。深圳市比克動力電池有限公司（以下簡稱比克電池）潘慶瑞博士受邀出席“非碳類負極的關鍵技術路線”專場活動，以《硅基材料在圓柱鋰離子電池上的開發現狀和面臨的挑戰》為主題進行了演講，攜手行業同仁從原材料行情、市場、技術等多維度探討鋰電發展新未來。
圖1：比克電池潘慶瑞博士現場分享
伴隨新能源汽車和鋰電池產業快速發展，作為鋰離子電池核心主材的負極材料需求增長旺盛。據觀研報告網發布的《中國鋰電負極材料行業現狀深度調研與未來投資研究報告（2023-2030年）》顯示，負極材料是鋰離子電池儲存鋰的主體，截至2022年市場規模為308.3億元，相較2021年增加77.2億元。
雖然石墨已被公認為是鋰電池的理想負極材料，但由于容量已接近理論極限，限制了高性能鋰離子電池的進一步發展。當下，硅因為其高理論比容量、低脫嵌鋰電位、環境友好、儲量豐富等多重優勢，被行業視為最具潛力的下一代負極材料主力軍。
比克電池作為國內老牌鋰電廠商，憑借敏銳的嗅覺和領先的優勢，成為國內最早應用硅負極材料的企業之一，并在該領域持續深耕。
潘慶瑞博士介紹：“硅基材料要在電芯中實現應用，需要滿足高容量、高界面穩定性、高振實（壓實）、低成本等性能。目前符合的這些要求的主要是一些微米級-納米設計的硅負極材料，如傳統硅碳、新型硅碳、氧化亞硅等，比克已在這些方面做了大量研發工作，發現負極材料在350-700mAh/g區間使用時，能量密度會隨著負極容量提高明顯提升。”
硅基材料帶來更高容量的同時，也產生了體積膨脹的新問題，給硅的實際應用帶來挑戰。比克電池優先選擇圓柱電池策略，取得了不錯的突破和進展。潘慶瑞博士表示：“方殼、軟包電池在循環后期容易發生明顯的膨脹，但圓柱電池因結構的優勢，即使在壽命終止時也能保證不形變，不但可采用更激進的化學體系，而且還能保證優異的安全性能。比克也是國內最先量產高鎳-硅體系電芯的企業之一。”現階段，比克電池硅氧材料已由一代硅發展到三代硅，首效由77%提升至86%，正極利用率也在逐步增加；既保持了高容量，又使得電池循環壽命依舊能夠達到常溫1000周80%，45℃高溫1000周70%以上。
圖2：比克電池硅負極圓柱鋰電池
百尺竿頭更進一步，基于前沿負極材料研究，比克圓柱電芯產品布局明確。從2024年到2027年，比克電池在大圓柱產品路線上實施雙線布局戰略，滿足新能源汽車和消費電子產品等應用場景，對電池容量、效率和續航能力諸多方面提出的更高要求。其一是高性能路線，能量密度在280～330Wh/kg之間，首代產品采用高鎳+高首效硅，支持4C快充；輕量化產品，依舊采用高鎳+高首效硅，并支持4C快充；準固態產品，將采用超高鎳+高比例硅，支持2～3C快充。其二是低成本路線，能量密度達200Wh/kg左右，為磷酸鐵鋰+硅、Na+離子電池、磷酸錳鐵鋰+硅等多種體系，實現多元化使用場景。
未來，在動力鋰電池、消費電池、儲能電池三方面需求持續增長下，前瞻產業研究院初步預測，2026年鋰電池負極材料需求量將高達127萬噸，年均復合上升率為25％，迎來良好發展契機。潘慶瑞博士認為：“圓柱電池的繼續發展，依賴于高鎳和硅材料的開發應用，而硅基材料的應用面臨著成本、界面穩定性、膨脹、產氣、淺充放循環等瓶頸。比克電池將以更高摻混比例推動硅基材料發展，協同電解液和安全方面優化，力爭打破瓶頸，探索全新新能源電池，讓生活更加美好。”