充电5分钟，续航两三百公里 新能源车高速排队充电问题有解了？
每经记者朱成祥 每经编辑文多
近年来，随着新能源车渗透率的提升，节假日高速服务区排队现象也越来越严重。而快充技术的提升，将大幅改善新能源车主的充电体验。
目前，很多快充技术仍停留在充电5分钟，续航100公里的水平上。9月25日，上汽通用汽车宣布，其携手宁德时代共同推出6C（倍率）超快充磷酸铁锂电池，充电5分钟，续航可增加200公里以上，并于明年起在准900V高压电池架构投入使用。
据报道，辉能科技近日在巴黎车展期间首次展出“100%复合硅阳极”（即硅负极）电池系统，公司还称其充电5分钟可续航约300公里。
充电5分钟，从续航100公里到200公里，再到300公里，未来电车或将与油车一样方便地补能。
从上汽通用的描述看，其与宁德时代共同推出的6C电池，或仍属于石墨负极体系。上汽通用称，使用“第二代石墨快离子环技术”，搭配多梯度分层极片，搭建起电流传导的“高速公路”，显著缩短充放电时间，实现更高的能量密度和更高的循环稳定性。
相比之下，辉能科技则使用硅基负极体系。目前，硅基负极主要分硅碳负极、硅氧负极。对于辉能科技使用何种材料体系，《每日经济新闻》记者采访了TrendForce集邦咨询分析师曾佑鹏，其表示：“辉能推出的100%硅负极并非纯硅，是高容量（2100~3100mAh/g）的硅氧体系复合材料。”
辉能科技官网显示，具体而言，其硅复合负极电池充电5分钟可续航约300公里，相较业界快充标准（30分钟），缩短了83.3%的充电等待时间，提升了充电周转率，解决了充电站不足与充电时间过长的困境。
该电池体积能量密度达到749Wh/L，重量能量密度则达到321Wh/kg。公司称，根据德国莱茵实验室的测试数据，该电池系统能在充电5分钟内，从5%电量充至60%，充电8.5分钟则可达到80%。
不过，辉能未说明该电池何时量产。对此，10月21日，《每日经济新闻》记者试图通过邮件的方式联系辉能科技，但并未成功。
对于硅基材料为何快充性能如此优异，曾佑鹏告诉记者：“硅基负极适用快充，主要与其储锂机理有关，传统石墨材料主要是通过扩散嵌锂提供容量，石墨材料为层状结构，充电时发生插层反应，锂离子必须从材料的端面嵌入并扩散至颗粒内部，导致传输路径较长，嵌锂过程较慢，限制了其快充性能。”
“而硅基负极主要是通过扩散+合金化反应提供容量，首先硅材料可从各个方向提供‘Li+’（锂阳离子）扩散的通道，且Li+与硅的合金化和去合金化反应过程较石墨材料中Li+扩散脱嵌锂的反应动力学过程更快，因此可提升电池的快充速度。”曾佑鹏补充表示。
既然硅基负极材料的快充性能如此优异，为何目前仍没有大规模应用？硅基负极材料又存在哪些问题？
对此，沙利文大中华区执行总监向威力认为存在体积膨胀、电导率降低以及内部应力这三大问题。
向威力回复《每日经济新闻》记者称：“硅作为电池负极时，在充电时会经历显著的体积膨胀（最高可达300%），这可能导致电池材料的结构破坏，影响循环稳定性和电池寿命；膨胀和收缩会导致活性材料的电导率降低，从而影响电池的整体性能和充放电效率；重复的膨胀和收缩会导致电池内部产生应力，从而可能导致电极的剥离或裂纹，增加安全隐患。在极端情况下，由于硅材料的膨胀，可能导致电池内部短路或热失控，从而影响电池的安全性。这种现象在极端情况下可能导致起火或爆炸。”
曾佑鹏也认为：“由于体积变化大，硅基负极在充放电过程中，固体电解质界面膜（SEI）会不断形成和破坏，SEI膜的反复形成和破坏，将造成电池容量衰减快，循环寿命短。”
那么，硅的体积膨胀与收缩，又该如何解决呢？
曾佑鹏认为：“一方面可通过纳米结构设计来减轻硅的体积膨胀，如使用硅纳米颗粒、硅纳米线和硅纳米片等纳米结构材料；另一方面是通过引入碳基材料来改善硅基负极材料的性能，包括设计核壳结构、蛋黄结构、多孔型结构和嵌入型结构的硅碳复合材料。”
可以看出，硅基负极材料存在的问题，也有明确的解决方案。当下，硅基负极材料体系的电池，量产进度又如何呢？
向威力介绍：“国内企业的硅材料电池系统主要集中在硅碳复合、硅氧复合等负极材料技术方面的量产。国内硅材料电池系统的出货量呈现快速增长并逐渐商业化的态势，核心企业主要包含贝特瑞、杉杉股份、璞泰来等，致力于产业链的技术研发、产能扩张、制造等方面。”
其举例称，贝特瑞是国内最早量产硅基负极材料的企业之一，其中硅碳负极材料已经开发至第五代产品，比容量达2000mAh/g以上，截至2023年末，硅基负极材料产能达5000吨/年。
杉杉股份早前曾在互动平台上、公告中表示，公司突破了硅基负极材料前驱体的批量合成核心技术、预锂化硅材料嵌入均匀性方面的技术瓶颈。公司已领先布局宁波4万吨一体化硅基负极产能基地，其中一期产能建设中，预计2024年年底“投试产”。
璞泰来于2023年7月设立“安徽紫宸”，启动年产1.2万吨硅基负极材料（单体）的项目建设，计划2025年开始逐步分期投产。
向威力总结称，目前国内外有超40家厂商布局硅材料电池系统，行业进入商业化量产阶段。
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