电池是电动车的“三电”（电池、电机、电控）核心之一，而有关电池新材料的一场“战争”，正在悄悄打响！
近几个月来，围绕固态电池的炒作似乎已经消退，但围绕硅负极的讨论一直在增长，硅基负极有望为电动汽车提供更高的功率和更快的充电能力，进而在电动汽车下一代电池技术商业化的竞赛中处于领先地位。
硅基，下一代锂电池负极？
目前，锂电池的负极以石墨负极为主流，目前市场化应用中仍以碳基材料中的石墨类负极材料（人造石墨、天然石墨）占据主导地位，占比达95%以上，其中又以人造石墨负极为主，占比达80%；但石墨负极已接近性能极限，硅负极被视为下一代理想负极材料。
据相关资料，在2021年3月29日，小米11Pro成为首款搭载5000mAh硅氧负极电池的智能手机；2022年4月28日，华为在MateXs2折叠屏手机上采用了4880mAh的高硅负极电池，这一技术虽然并非行业惯用名词，但根据华为的描述，它属于硅基负极电池的一种。
与此同时，不断增长的电动汽车销量继续推动全球电池需求，促使汽车巨头与主要电池制造商合作，迈向全面电动化的道路。
虽然一些OEM（原始设备制造商）已经与固态电池开发商签署了协议，但梅赛德斯（奔驰）、保时捷和通用汽车都在硅负极上押下重注，以在电动汽车背后的科学中带来变革性的变化。
咨询公司IDTechEx最近的一份报告称，先进硅负极材料在改善电池性能的关键领域方面前景“巨大”，并指出汽车制造商和电池行业的主要参与者并没有忽视这种潜力。然而，该机构警告说，硅负极电池需要解决循环寿命、保质期以及（也许最重要的是）成本等挑战，才能得到广泛采用。
据外媒，位于芝加哥的美国政府阿贡国家实验室储能科学合作中心主任文卡特·斯里尼瓦桑（Venkat Srinivasan）表示，硅负极似乎比固态电池更具优势。按照其说法“如果将其比作赛马比赛，至少目前硅似乎确实领先，但我们还没有将其中的任何一项产品商业化”。
更便宜的电动汽车，更强大的电池，全靠硅？
那么是什么阻止了硅负极的商业化呢？和电池寿命有很大的关系！
该主任进一步表示，五年前，硅负极电池的日历寿命大约为一年，但最近的数据似乎显示这些材料的耐用性有了显着提高，现在一些测试预计，硅负极电池日历寿命为三到四年。
电池的日历寿命与循环寿命是：循环寿命计算的是电池可以充电和放电的次数，而日历寿命，和“最大容量”有关，衡量的是随时间推移而退化的情况。通常，电池的日历寿命是指它可以以超过80%的初始容量运行的时间，无论其使用情况如何——智能手机都会标明电池的日历寿命！
电池的日历寿命和最大容量密切相关
除了电池寿命，材料本身的物理化学特性，也影响了其投入商业应用！
相关资料显示，由于硅负极在充放电过程中会发生体积膨胀，特别是当硅与锂反应时，体积膨胀可以达到300%，远高于石墨负极的10-12%，这在电池领域是无法接受的。因此，实际应用的电池负极通常采用10%左右含量的硅和碳的复合材料组成硅碳负极材料，其实际克容量大约在450-600mAh/g之间，约为传统石墨负极的1.3倍。
总而言之，目前硅碳负极还有以下两点缺陷需要克服：一是寿命短，天然石墨负极循环寿命通常小于1000次，人造石墨负极循环寿命超过3000次，而硅碳负极材料只有300-500次；二是价格高，常见的石墨负极价格大约是150元/100g，而硅碳负极价格可以高达大几百元/100g。
固态电池长期以来一直被誉为可持续驾驶的“圣杯”，但完全实现固态电池还有很长的路要走。相比之下，硅负极最近取得的进展可能更加现实。对此Srinivasan表示“这并不意味着我们不会到达那里（指固态电池），它可能会在几年内发生。这只是意味着感觉今天硅处于技术成熟度的不同部分（相比固态电池）”。
随着硅基负极等新型负极材料的技术逐步成熟，下游认可度进一步提高，成本趋于下降，其出货量和市场占有率也逐步提升。
据东莞证券援引根据EVTank数据显示，2023年全球负极材料出货量达到181.8万吨，同比增长16.8%，其中国内负极材料出货量达到171.1万吨，全球占比进一步提升至94.1%。
其中从负极材料出货结构来看，人造石墨负极材料出货量占比达到82.5%，天然石墨负极材料出货量占比达到14.1%，以硅基负极为代表的新型负极材料出货量增长明显，2023年出货量已接近6 万吨，在整体负极材料中的出货量占比进一步提升至3.4%。
图片来源：东莞证券（下同）
谁跑得更快？
正如上文所言，硅负极理论上提供的能量密度是石墨的10倍，石墨目前通常用于电池负极。然而，当使用大量硅时，这些相同的材料通常会迅速降解。
Benchmark Mineral Intelligence高级研究分析师Rory McNulty表示“硅负极和固态电池是电动汽车电池市场的两个新兴技术趋势，旨在突破高性能电池的界限”；通常情况下，更好的电池性能是以牺牲使用寿命或安全性为代价的。例如，众所周知，硅负极在充电过程中会显著膨胀，这会缩短电池寿命。
相比之下，其进一步表示，据称固态电池可以大大提高电解质对高性能电极材料的稳定性，从而应对使用硅和锂等高能量密度材料的挑战。
日本丰田和日产都表示，他们的目标是在未来几年内将固态电池投入大规模生产，而据报道，中国上汽集团在今年9月初表示，其名爵（MG）品牌将在未来12个月内为汽车配备固态电池。
尽管如此，分析师仍然对固态电池何时真正进入市场持怀疑态度。相比之下，硅负极的市场目标显得更为现实！
例如，据外媒，韩国最大硅负极供应商大洲电子（Daejoo）的目标是，到2029年末将硅负极的收入增加100倍，押注汽车制造商将继续追求更好的电动汽车性能。根据中商产业研究院，预计2025年全球硅基负极材料整体市场规模有望达300 亿元。
下一个战略机会？
咨询公司Fastmarkets的电池原材料分析师格奥尔基耶夫（Georgi Georgiev）认为，“硅基负极有望成为负极领域的下一代技术，为更快的充电提供解决方案”；一些行业参与者一直在研究硅负极的潜力，从成熟负极供应商，到辉能科技（ProLogium）和美国相关厂商Group14和Sila Nanotechnologies等新参与者。
以辉能科技为例，该公司在上个月的巴黎车展上首次推出了世界上第一款全硅负极电池，称其新的快速充电电池系统不仅在性能和充电效率方面超越了传统锂离子电池，而且也面临着“关键的行业挑战”。
图片来源：辉能科技官网
企业方面援引测试数据表示，其100%硅负极电池可以在短短5分钟内从5%充电到60%，并在8.5分钟内达到80%。它将这一进步描述为“在竞争激烈的电动汽车市场中取得无与伦比的成就”，这将有助于缩短充电时间并延长电动汽车的续航里程。
企业方面进一步表示，该公司电池总能量仅为当前锂离子电池的 66%（从 83 kWh降至 55 kWh），因此车辆重量减轻了 300 公斤，提高了能源效率和续航里程，从而提升了驾驶体验。电池容量的减少还意味着更低的碳税和初始车辆成本。
格奥尔基耶夫进一步表示，硅负极商业化的一个很大问号是生产成本，以及任何主要的硅负极生产商是否“能够以一致的质量和有竞争力的价格大规模生产材料——[这是]OEM的主要要求。
他补充道“在现阶段，硅负极更多地用作石墨基负极的添加剂，在未来几年，我们预计硅在负极中的份额会增加，但与石墨结合使用，而100%硅负极需要更长的时间才能进入大众市场”。
美国厂商也没闲着：今年9月，据称是全球最大的先进硅电池材料制造商和供应商Group14宣布其在韩国尚州与SK Inc.合资运营的工厂开始出货SCC55™硅碳负极材料。根据Group14的模块化制造技术设计和建造的合资工厂，初期年产能为2000吨SCC55™，相当于10GWh——足以每年为大约10万至25万辆电动车供电。例如，据东莞证券整理，保时捷与美国Group 14达成硅基负极供货协议。特斯拉力推的4680大圆柱电池体系中，硅基负极是其性能提升的关键一环，已实现Model 3装车。
尾声
当前传统锂电池行业进入产能过剩阶段，通过技术创新和材料迭代进行提质降本增效是行业发展的必然趋势。那么硅负极又会书写怎样的故事呢？让我们拭目以待！
