充電5分鐘，續航兩三百公里 新能源車高速排隊充電問題有解了？

近年來，隨着新能源車滲透率的提升，節假日高速服務區排隊現象也越來越嚴重。而快充技術的提升，將大幅改善新能源車主的充電體驗。

目前，很多快充技術仍停留在充電5分鐘，續航100公里的水平上。9月25日，上汽通用汽車宣佈，其攜手寧德時代共同推出6C（倍率）超快充磷酸鐵鋰電池，充電5分鐘，續航可增加200公里以上，並於明年起在準900V高壓電池架構投入使用。

據報道，輝能科技近日在巴黎車展期間首次展出“100%複合硅陽極”（即硅負極）電池系統，公司還稱其充電5分鐘可續航約300公里。

充電5分鐘，從續航100公里到200公里，再到300公里，未來電車或將與油車一樣方便地補能。

如何做到快充？

從上汽通用的描述看，其與寧德時代共同推出的6C電池，或仍屬於石墨負極體系。上汽通用稱，使用“第二代石墨快離子環技術”，搭配多梯度分層極片，搭建起電流傳導的“高速公路”，顯著縮短充放電時間，實現更高的能量密度和更高的循環穩定性。

相比之下，輝能科技則使用硅基負極體系。目前，硅基負極主要分硅碳負極、硅氧負極。對於輝能科技使用何種材料體系，《每日經濟新聞》記者採訪了 TrendForce集邦諮詢分析師曾佑鵬，其表示：“輝能推出的100%硅負極並非純硅，是高容量（2100~3100 mAh/g）的硅氧體系複合材料。”

輝能科技官網顯示，具體而言，其硅複合負極電池充電5分鐘可續航約300公里，相較業界快充標準（30分鐘），縮短了83.3%的充電等待時間，提升了充電週轉率，解決了充電站不足與充電時間過長的困境。

該電池體積能量密度達到749 Wh/L，重量能量密度則達到321 Wh/kg。公司稱，根據德國萊茵實驗室的測試數據，該電池系統能在充電5分鐘內，從5%電量充至60%，充電8.5分鐘則可達到80%。

不過，輝能未說明該電池何時量產。對此，10月21日，《每日經濟新聞》記者試圖通過郵件的方式聯繫輝能科技，但並未成功。

對於硅基材料爲何快充性能如此優異，曾佑鵬告訴記者：“硅基負極適用快充，主要與其儲鋰機理有關，傳統石墨材料主要是通過擴散嵌鋰提供容量，石墨材料爲層狀結構，充電時發生插層反應，鋰離子必須從材料的端面嵌入並擴散至顆粒內部，導致傳輸路徑較長，嵌鋰過程較慢，限制了其快充性能。”

“而硅基負極主要是通過擴散+合金化反應提供容量，首先硅材料可從各個方向提供‘Li+’（鋰陽離子）擴散的通道，且Li+與硅的合金化和去合金化反應過程較石墨材料中Li+擴散脫嵌鋰的反應動力學過程更快，因此可提升電池的快充速度。”曾佑鵬補充表示。

硅基材料量產進度幾何？

既然硅基負極材料的快充性能如此優異，爲何目前仍沒有大規模應用？硅基負極材料又存在哪些問題？

對此，沙利文大中華區執行總監向威力認爲存在體積膨脹、電導率降低以及內部應力這三大問題。

向威力回覆《每日經濟新聞》記者稱：“硅作爲電池負極時，在充電時會經歷顯著的體積膨脹（最高可達300%），這可能導致電池材料的結構破壞，影響循環穩定性和電池壽命；膨脹和收縮會導致活性材料的電導率降低，從而影響電池的整體性能和充放電效率；重複的膨脹和收縮會導致電池內部產生應力，從而可能導致電極的剝離或裂紋，增加安全隱患。在極端情況下，由於硅材料的膨脹，可能導致電池內部短路或熱失控，從而影響電池的安全性。這種現象在極端情況下可能導致起火或爆炸。”

曾佑鵬也認爲：“由於體積變化大，硅基負極在充放電過程中，固體電解質界面膜（SEI）會不斷形成和破壞，SEI膜的反覆形成和破壞，將造成電池容量衰減快，循環壽命短。”

那麼，硅的體積膨脹與收縮，又該如何解決呢？

曾佑鵬認爲：“一方面可通過納米結構設計來減輕硅的體積膨脹，如使用硅納米顆粒、硅納米線和硅納米片等納米結構材料；另一方面是通過引入碳基材料來改善硅基負極材料的性能，包括設計核殼結構、蛋黃結構、多孔型結構和嵌入型結構的硅碳複合材料。”

可以看出，硅基負極材料存在的問題，也有明確的解決方案。當下，硅基負極材料體系的電池，量產進度又如何呢？

向威力介紹：“國內企業的硅材料電池系統主要集中在硅碳複合、硅氧複合等負極材料技術方面的量產。國內硅材料電池系統的出貨量呈現快速增長並逐漸商業化的態勢，核心企業主要包含貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等，致力於產業鏈的技術研發、產能擴張、製造等方面。”

其舉例稱，貝特瑞是國內最早量產硅基負極材料的企業之一，其中硅碳負極材料已經開發至第五代產品，比容量達2000mAh/g以上，截至2023年末，硅基負極材料產能達5000噸/年。

杉杉股份早前曾在互動平臺上、公告中表示，公司突破了硅基負極材料前驅體的批量合成核心技術、預鋰化硅材料嵌入均勻性方面的技術瓶頸。公司已領先佈局寧波 4萬噸一體化硅基負極產能基地，其中一期產能建設中，預計 2024 年年底“投試產”。

璞泰來於2023年7月設立“安徽紫宸”，啓動年產1.2萬噸硅基負極材料（單體）的項目建設，計劃2025年開始逐步分期投產。

向威力總結稱，目前國內外有超40家廠商佈局硅材料電池系統，行業進入商業化量產階段。