如果你想做电池开发,硅赛道务必加入

石墨材料的克容量理论值为372mAh/g，目前市面上可量产的石墨产品已能达到360+mAh/g的水平。考虑到快充的需求和高容量石墨生产的综合成本，石墨的克容量已接近其理论极限。因此，若要进一步提升电池的能量密度，引入更高克容量的材料进入传统的纯石墨负极体系已成为必然趋势。
硅的理论克容量高达4200mAh/g，已被应用于动力电池和消费类电池中。在动力电池中，硅的添加量约为10%，而在消费类电池中约为5%。那么，为什么动力电池的硅含量更高？

1.动力电池为什么能够添加更高含量的硅

要回答这个问题，需要考虑电池包的具体工况。消费类电池主要用于手机、笔记本电脑、平板等数码产品，这些产品通常只有一块电池，笔记本电脑可能会有三到四块电池构成一个小型电池组。经常有消费者投诉，产品外壳出现鼓包或起壳的现象，拆开后发现是电池发生了膨胀。在电子类产品中，对电池厚度膨胀的容忍度较低。随着硅含量的增加，负极侧膨胀率最高可达300%，这对消费类电池的结构稳定性提出了严峻挑战。
相比之下，动力电池的电池包结构可以对电池的膨胀形成一定约束。电池单体之间的排布和外部框架能提供一定的挤压作用，从而抑制电池的膨胀，确保电池界面贴合。因此，在动力电池中，硅的添加比例可以相对更高。

2.硅应用的难题未被解决！

为了解决硅材料的膨胀问题，早期的解决方案主要包括两种方法：在硅颗粒外部包覆一层结构，以限制其膨胀。将硅颗粒的尺寸从微米级缩小至纳米级，以降低体积膨胀的影响。
然而，硅颗粒尺寸缩小至纳米级后，其比表面积增大，与电解液的接触界面增加，使得副反应更加复杂。因此，如何开发适配硅负极的电解液成为更为重要的研究方向。目前市场上针对硅负极的主要改进方向包括优化粘结剂（如PA、PU等），但这些方法主要是改善膨胀问题，未能从根本上解决硅与电解液界面稳定性的问题。

当前的碳酸酯类电解液在石墨负极体系中表现良好，但大量研究和实验数据表明，其并不适用于硅负极体系。因此，电解液体系的突破将是硅负极商业化的关键。
近期，一些企业投入大量资源研发全硅负极电池，但并未聚焦于电解液的优化。我认为，这种策略可能过于激进。单纯依靠硅材料改进，难以保障电池的循环寿命、自放电控制及长期储存稳定性。若企业仅安排少量研发人员进行前沿探索，这种尝试是有意义的；但若投入大量资源并期望短期内取得突破，可能并非明智之举。

3.硅负极的投资机会

硅负极的投资机会，行业仍有诸多可探索方向。硅材料的制备：不同的硅材料特性对电池性能影响较大，一款性能优异、价格合适的材料，在市场中有着非常强的竞争能力，材料的开发仍有巨大的优化空间。适配硅负极的粘结剂：目前市面上的方案只是“权宜之计”，仍未达到最优状态。石墨体系中胶的占比大约只有1%到2%区间，但是硅体系中胶含量起步就是1.2%以上，随着的硅含量增加，胶的占比会越来越高，所以他的市场份额相对比石墨更大，且产品并不成熟。硅负极的粘结剂含量远高于石墨体系，整体蛋糕也更大。硅负极的集流体优化：硅负极需要更高强度的集流体，同时兼顾轻薄化和强度这一个关键指标，并不是单纯的将箔材做薄，这一方向具有较高的技术壁垒。电解液的创新：开发适配硅负极的新型电解液需要重新构建溶剂体系和添加剂配方。对于小企业而言，这一方向或许更具机会，一旦取得技术突破并获得专利，后续的工业化将有清晰路径可循。
总而言之，硅负极的商业化仍面临诸多挑战，但其带来的高能量密度优势也促使行业不断探索新方案。未来，围绕硅负极的创新，包括材料、粘结剂、集流体以及电解液等多个维度，仍是值得深耕的方向。