硅基负极：特斯拉推动的下一代锂电池技术

本报告深入探讨了电气设备行业的新兴趋势——硅基负极，它被视为下一代锂电池负极材料的潜力所在。当前，商业化应用的锂电池负极主要依赖人造或天然石墨，但其理论比容量已接近极限（372mAh/g），而硅的理论比容量高达4200mAh/g，具有显著的优势。硅基负极的优点包括高能量密度、安全性优良以及资源丰富和成本低廉。 然而，硅在充放电过程中与锂的合金化反应会导致显著的体积效应，可能导致电池膨胀率高达300%，这直接影响了其循环性能和库伦效率。为克服这个问题，研究者们采用纳米化、氧化亚硅和碳包覆等方法对硅进行改性，以形成硅碳复合材料，以减少体积效应对硅颗粒和SEI膜的破坏。 硅基负极商业化应用主要有两种形式：硅碳（Si/C）负极和硅氧（SiO/C）负极。前者在3C数码领域被广泛应用，虽然初始效果较好但循环寿命相对较差，成本较低；后者主要用于动力电池领域，其商业化应用容量在450-500mAh/g，虽然初次效率较低，但循环性能更优，成本相对较高。 国际市场上，日本的松下公司早在2017年就已将硅基负极大批量应用于特斯拉的动力电池。韩国的三星和LG化学也在消费电池领域有所应用，预计未来1-2年内会扩展到动力领域。国内方面，尽管电池厂商如龙头企业的引入稍晚，但已经开始逐步导入硅基负极，如贝特瑞的产品已经进入松下的供应链，并为特斯拉提供配套。 特斯拉的电池技术革新项目“Roadrunner”进一步推动了硅基负极的应用进程。特斯拉计划通过自主研发和并购，建立完整的生产工艺和设备体系，特别是采用干电极技术与预补锂技术，有望大幅提升硅碳负极的循环寿命和初次效率，从而加速其商业化进程。干电极技术利用PTFE固体粘接剂解决了硅碳负极膨胀问题，预补锂技术则解决了首次效率低的问题，共同为硅基负极的广泛应用铺平道路。 硅基负极作为下一代电池负极的潜力巨大，随着特斯拉等公司积极推动新技术，这一趋势将在新能源汽车行业得到快速普及，对于电动汽车的续航能力和安全性有着深远影响。同时，国内企业也需紧跟这一潮流，积极研发和改进硅基负极材料，以抢占市场份额。