动辄超过300Wh/kg甚至500Wh/kg的超高能量密度，固态电池可谓“吊打”传统液态锂电池。“电解液从液态变成固态不会带来能量密度的提升。”业内人士指出，但固态电池体系提供了更高的安全冗余度和对新型正负极材料更好的相性，可以用到更高容量的负极材料或者正极材料。
作为理论比容量是石墨10倍以上的硅基负极材料，如今几乎成为固态/半固态电池的标配，与高能量正极材料相搭配，使电池能量密度轻松突破300Wh/kg。
比如，蔚来汽车150kWh半固态电池包，采用固液混合电解质，超高镍正极材料和硅碳复合负极材料，能量密度达360Wh/kg;广汽集团宣布将推出的全固态电池，采用高面容量固态正极和海绵硅负极材料，能量密度超400Wh/kg;智己汽车超快充固态电池，正极采用纳米尺度固态电解质包覆超高镍材料，负极为高比能复合硅碳材料，能量密度达到368Wh/kg。
电池厂商方面，正力新能的双重半固态超长续航大圆柱电池正力骐龙，采用超高镍正极+高硅负极材料体系，电芯能量密度达306Wh/kg;系统能量密度超245Wh/kg。国轩高科发布基于全固态电池技术的金石电池，通过微纳化固体电解质、超薄膜包覆单晶正极和三维介孔硅负极等技术，能量密度达到350Wh/kg。
电池中国注意到，今年年初宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等头部电池厂商密集申请了硅负极材料专利。随着固态/半固态电池等产业化进程的加快，对硅材料的需求也将大幅增加。中金公司预计，到2025年全球硅基负极材料需求量有望达到20万吨的规模。
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下一个“军备竞赛”的赛点
“正极材料从磷酸铁锂到三元高镍化，已经有了突破;相对应的，负极材料的比容量提升将会是这场‘军备竞赛’的下一个赛点。硅基是目前已知比容量最高的锂离子电池负极材料，且原料来源广泛、价格低廉。所以，硅基负极是当前负极材料中最具确定性的一条技术路线。”物科金硅的创始人兼CEO黄杰表示。
从性能上讲，硅基确实是下一代理想的负极材料。硅具有高达4200mAh/g的超高理论比容量，高出传统石墨材料(372mAh/g)容量10倍以上。并且硅基具有较低的脱锂电位，且由于其电压平台与石墨相比较高，在充电时更难引起表面锂离子析出，电池综合安全性能更为出色。
据了解，广汽全固态电池采用第三代海绵硅负极片技术，通过活性纳米硅的非晶化、高强度3D多孔支撑体、快离子导体包覆等技术的应用，负极可逆容量达到1500mAh/g，达到现有石墨材料的4倍;较常规硅负极材料膨胀率下降37.5%,循环稳定性提升140%。而国轩高科负极则采用三维介孔硅负极，具有高比表面积和良好的分散性，可以增加与电解液的接触面积，提高电池的能量密度。
值得注意的是，长期以来，硅基材料没有实现大规模量产，是因为存在循环膨胀的缺点。“这是一个瓶颈。因为一旦硅在充放电的过程中出现膨胀，势必会导致材料结构的破损，循环迅速衰减跳水导致电池不能使用。”业内人士指出。因此，硅基材料的一个技术核心就在于如何将硅做得更小，从而降低其脱嵌锂过程中的膨胀问题。
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众材料企业争相布局
在向着更高能量密度进发的征程中，硅基负极材料已经成为锂电材料企业的“兵家必争”之技。据了解，目前包括杉杉股份、贝特瑞、翔丰华、道氏技术、德方纳米、天目先导、胜华新材、天诺新能源、新安股份、杰瑞股份、中科电气等企业也都在积极推进硅碳负极的产业化。
其中，贝特瑞现有硅基负极0.5万吨/年，此外公司还规划投资50亿元，将建年产4万吨的硅基负极产线，预计到2028年将拥有约5万吨/年硅基产能;杉杉股份已实现硅基负极批量供货，并规划了宁波4万吨硅基负极一体化基地项目;璞泰来也已经启动年产1.2万吨硅基负极生产研发基地项目，预计2025年投产。
翔丰华表示，公司开发的硅碳负极材料产品处于中试阶段，已具备产业化条件。公司与清陶能源签订战略合作协议，双方将在固态/半固态电池负极材料关键技术研发、供应等方面达成全面战略合作。中科电气表示，目前公司已建设完成硅基负极中试产线，并有产品向客户进行送样测试。
行业分析认为，随着硅基负极材料在技术、成本方面的进一步突破，硅基负极在动力电池领域将进入产业化导入快速阶段。而率先在该领域前瞻卡位的产业链企业，有望在市场窗口期获得突破性进展，在未来的负极竞争格局中占领一席之地。
