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梅赛德斯-奔驰将从2025年起在其G级车中使用一种新的高能量密度电池，该电池使用硅基阳极，其能量密度比目前的同类电池高20-40%。硅基阳极的市场潜力已经逐渐打开，它已经开始出现在电动工具电池、高端数码电池和动力电池中。

据报道，该电池由CATL提供，而阳极材料来自Sila Nanotechnologies（”Sila Nano”），这是一家由前特斯拉工程师创立的加州初创公司。

 

梅赛德斯-奔驰向全电动转型

梅赛德斯-奔驰召开了从 “电力优先 “向 “全电动 “转型的战略发布会，并计划在2030年实现全电动模式。

其中，在电池技术路线方面，首席技术官Sajjad Khan表示，下一代动力电池将根据不同市场客户的需求调整化学成分。

将与电池材料公司SilaNano和其他合作伙伴在负极技术方面进行合作，通过硅基负极技术将电池能量密度提高到900Wh/L；未来将加强与合作伙伴的合作，进一步推广高硅负极技术。

现在看来，SilaNano的硅基负极技术已经基本成熟，即将实现商业化，奔驰公司也将配备使用这种技术的动力电池。

那么，什么是硅基阳极电池，有什么优势和劣势？CATL的硅基阳极电池采用什么独特的技术，这种电池将在哪里生产？

 

 

什么是硅基阳极电池

随着汽车公司和消费者对更长的巡航里程的要求越来越高，以石墨为电极的动力电池已经不能满足需求，为了提高电池的能量密度，需要提高正极材料和负极材料的比容量。

动力电池的正极材料一般采用高镍材料，大家熟悉的811就是一种；负极材料是硅基负极。

之所以选择硅，是因为经过几十年的发展，传统石墨负极的比容量已经达到360~365mAh/g，与372mAh/g的理论比容量非常接近，提升的空间有限。

硅基负极材料的理论克容量为4200Ah/g，是石墨负极容量上限的10倍，在目前的技术水平下，要实现300Wh/kg的电池，硅基负极必不可少。

据资料显示，硅基负极材料一般分为两类。一种是硅碳负极，即纳米硅和石墨混合而成。理论克容量超过3000mAh/g，但实际容量只有2000多mAh/g；另一种是氧化硅负极，氧化硅与石墨混合作为负极，大概克容量为1400-1800mAh/g。

目前，这两种负极的应用重点是不同的。国轩高科工程研究院负极材料技术负责人林少雄曾表示，中国的硅碳负极一般多用于3C产品；在动力电池方面，一般采用硅氧负极。

但硅也有很大的缺点。膨胀率高，充放电膨胀率可以达到300%左右；产量低，目前国内只有贝特瑞可以大量供应；

成本高。目前硅基阳极的市场价格为20-30万元/吨，是中端人造石墨价格5万元/吨的4-6倍，而毛利率为50%。

 

 

虽然成本上的困难影响了硅基负极在动力电池领域的应用，但市场上已经有少数车型开始使用硅基负极材料。同时，这也意味着硅基负极材料在动力电池领域有更大的发展空间，尤其是即将推出的4680电池将成为改变市场的一股暖风。

中金公司在最近的一份研究报告中明确判断，2022年有望成为硅基负极的产业化元年。据估计，2025年全球硅基阳极的需求量有望达到20万吨。

其中，消费类电池的渗透率有望达到50%，对应的硅基阳极需求量约为7万吨；圆柱形和方形动力电池的渗透率分别为35%和20%，对应的硅基阳极需求量约为13万吨。

 

CATL中的硅基阳极电池

出于对成本的考虑，为了保持材料能量密度和稳定性之间的平衡，”掺硅补锂 “是目前硅基阳极的主要技术方向。

然而，掺硅和补锂是两种技术。负极掺硅是为了提高能量密度，而补锂是为了提高循环寿命。它们都有助于提高动力电池的性能，并已被广泛用于具有较高能量密度的产品中。

前面已经介绍了硅基的优缺点，这里我们重点介绍一下补锂技术。补锂技术是预锂化技术，目的是为了弥补锂的损耗，延长循环寿命，从而达到减缓衰减的效果。

之所以要补锂，主要是由于硅阳极材料的第二大缺点–首发效率低。目前，补锂技术存在两个瓶颈：安全性和技术成熟度。

根据CATL过去几年披露的信息，他们也在使用掺硅的补锂技术，并且他们已经配备了过量的模型。

2019年3月，CATL宣布其研发团队攻克了高镍三元材料、硅碳负极材料等关键核心技术，并率先研发出能量密度达304Wh/kg的电池样品。

2021年1月13日，由上汽集团、张江高科和阿里巴巴集团共同打造的知豆汽车发布了新的汽车品牌 “IM知豆”，并在全球首次推出两款量产车型。新车将配备由上汽集团和CATL共同研发的 “掺硅锂离子电池 “技术的电池，最大巡航里程超过1000公里。

现在，奔驰G级车型也将使用CATL的硅基阳极电池，这也意味着CATL的新技术产品已经迈出了坚实的一步。

 

 

然而，”CATL主要面临的是成本效益问题。应用硅基阳极的成本太高。如果能量密度为550Wh/kg的电池能够大规模生产，说明硅基阳极的应用已经成熟”。一位硅基阳极研发人士透露。

至于另一个大客户–储能电池TOP5企业中的特斯拉的4680电池，据业内人士透露，CATL已经规划了8条4680电池生产线，总产能为12GWh。

值得注意的是，上述阳极材料生产商西拉纳米公司位于美国旧金山湾区。考虑到生产线的组装效率和成本，CATL在美国生产电池的可能性可能更大。