电池能量密度已见天花板，硅负极材料安全吗？

电车汇消息:前几天国轩高科发布了单体能量密度为210Wh/kg的磷酸铁锂电池,如果按照成组效率80%来计算,搭载这块电池的系统能量密度应该接近170Wh/kg。但实际上,据电车汇统计的新能源汽车推荐目录信息来看,国轩高科在2020年全年给整车企业配套的磷酸铁锂电池系统能量密度最高的仅为141．66Wh/kg,并且国轩高科配套的多数磷酸铁锂电池能量密度都在140Wh/kg左右,基本可以断定,这就是目前国轩高科电池能够量产提供给整车企业的最高水平。

与之相对应的是,量产到整车应用的磷酸铁锂电池能量密度已经两年没有明显变化,三元锂电池也是提升越来越缓慢。而国轩高科此次发布的新电池,采用了此前并未大规模应用的硅负极,这一方案是否彻底解决了电池安全问题,目前还未可知。

电池能量密度已见天花板

电车汇统计了自2019年至今每一批新能源汽车推荐目录中磷酸铁锂电池系统能量密度的最大值,数据显示,2019年第3批目录申报的车型搭载磷酸铁锂电池系统能量密度已经到了161．27Wh/kg,到了最新发布的2020年第13批推荐目录,这一数据还是161．27Wh/kg,并且最大值这一数据期间几乎没有变化。

对于新能源汽车而言,阻碍其发展的一大因素就是动力电池,受限于电池的能量密度,电动汽车的续航里程就无法实现跨越式发展。不过这里存在着矛盾点,现阶段电池能量密度已接近天花板,每提升一点都困难重重,但也并非不能提高。

过去几天时间里,国轩高科提出了硅负极材料和预锂化技术、蔚来的固态电池应用无机预锂化碳硅负极、智己汽车将搭载上汽与宁德时代共同开发的采用“掺硅补锂电芯”技术的电池,这些技术都是在提高电池能量密度,而它们无一例外,都是从电池材料本身去解决,往细了说,是电池的负极材料。

正如前面提到的数据,磷酸铁锂电池能量密度已经两年没有提高了,也就是说在现有的材料体系下,磷酸铁锂电池的能量密度依靠目前的技术水平无法做到更高,三元锂电池也是如此,过去一年时间里,电池能量密度几乎没有变化,只能通过其他途径来解决。

硅负极材料,安全吗

国轩高科、蔚来汽车、智己汽车都是通过改变电池负极材料来达到提高能量密度的目的。目前动力电池普遍采用的是碳(石墨)为主要材料的负极,其比容量已经接近极限。而硅材料的质量比容量最高可达4200mAh/g,远大于碳材料的372mAh/g,是目前已知能用于负极的材料中理论比容最高的材料。

但是硅材料的问题也十分明显,硅在电化学反应中体积变化高达320%,远大于现有的碳材料12%的体积变化,这种严重的体积膨胀和收缩,会造成材料结构的破坏,极大影响电池的安全性。

有电池领域的专家向电车汇表示,研究如何解决硅负极材料形变问题的人很多,但是截至目前并没有很好的方案,在实验室中的确可以采用干预技术控制硅负极材料的形变在安全范围之内,但如果要满足量产电池的需求,完全确保装载在电动汽车上的电池不出现问题,现在还无法做到。

一个很好的例证是,比亚迪在发布刀片电池之时,公开了针刺试验的视频,证明了其安全性,但是近期这几次发布新电池技术的企业没有一家公布了类似可以证明电池安全的试验。

2020年下半年,811电池是热门词汇,背后的原因除了不断刷新电池能量密度的极值外,就是频繁出现的电动汽车自燃起火事故。对于电动汽车行业而言,每一次这样的安全事故出现,都会打消一批消费者购买新能源汽车的念头,也会迎来上级主管部门的严肃处理。于是,811电池的火熄灭了。

电动汽车的发展前景是替代掉燃油车,而电池的作用就是满足续航里程的要求,只要能够确保安全,同时能够让电动汽车有着不低于现有燃油车的续航里程,目的就达到了。无论是210Wh/kg的电池还是1000公里的续航,只有在彻底解决了电池安全问题之后,才真正有价值。