7月6至7日，2023全球动力锂电池负极材料及原材料大会在青岛召开。深圳市比克动力电池有限公司（以下简称比克电池）潘庆瑞博士受邀出席“非碳类负极的关键技术路线”专场活动，以《硅基材料在圆柱锂离子电池上的开发现状和面临的挑战》为主题进行了演讲，携手行业同仁从原材料行情、市场、技术等多维度探讨锂电发展新未来。
图1：比克电池潘庆瑞博士现场分享
伴随新能源汽车和锂电池产业快速发展，作为锂离子电池核心主材的负极材料需求增长旺盛。据观研报告网发布的《中国锂电负极材料行业现状深度调研与未来投资研究报告（2023-2030年）》显示，负极材料是锂离子电池储存锂的主体，截至2022年市场规模为308.3亿元，相较2021年增加77.2亿元。
虽然石墨已被公认为是锂电池的理想负极材料，但由于容量已接近理论极限，限制了高性能锂离子电池的进一步发展。当下，硅因为其高理论比容量、低脱嵌锂电位、环境友好、储量丰富等多重优势，被行业视为最具潜力的下一代负极材料主力军。
比克电池作为国内老牌锂电厂商，凭借敏锐的嗅觉和领先的优势，成为国内最早应用硅负极材料的企业之一，并在该领域持续深耕。
潘庆瑞博士介绍：“硅基材料要在电芯中实现应用，需要满足高容量、高界面稳定性、高振实（压实）、低成本等性能。目前符合的这些要求的主要是一些微米级-纳米设计的硅负极材料，如传统硅碳、新型硅碳、氧化亚硅等，比克已在这些方面做了大量研发工作，发现负极材料在350-700mAh/g区间使用时，能量密度会随着负极容量提高明显提升。”
硅基材料带来更高容量的同时，也产生了体积膨胀的新问题，给硅的实际应用带来挑战。比克电池优先选择圆柱电池策略，取得了不错的突破和进展。潘庆瑞博士表示：“方壳、软包电池在循环后期容易发生明显的膨胀，但圆柱电池因结构的优势，即使在寿命终止时也能保证不形变，不但可采用更激进的化学体系，而且还能保证优异的安全性能。比克也是国内最先量产高镍-硅体系电芯的企业之一。”现阶段，比克电池硅氧材料已由一代硅发展到三代硅，首效由77%提升至86%，正极利用率也在逐步增加；既保持了高容量，又使得电池循环寿命依旧能够达到常温1000周80%，45℃高温1000周70%以上。
图2：比克电池硅负极圆柱锂电池
百尺竿头更进一步，基于前沿负极材料研究，比克圆柱电芯产品布局明确。从2024年到2027年，比克电池在大圆柱产品路线上实施双线布局战略，满足新能源汽车和消费电子产品等应用场景，对电池容量、效率和续航能力诸多方面提出的更高要求。其一是高性能路线，能量密度在280～330Wh/kg之间，首代产品采用高镍+高首效硅，支持4C快充；轻量化产品，依旧采用高镍+高首效硅，并支持4C快充；准固态产品，将采用超高镍+高比例硅，支持2～3C快充。其二是低成本路线，能量密度达200Wh/kg左右，为磷酸铁锂+硅、Na+离子电池、磷酸锰铁锂+硅等多种体系，实现多元化使用场景。
未来，在动力锂电池、消费电池、储能电池三方面需求持续增长下，前瞻产业研究院初步预测，2026年锂电池负极材料需求量将高达127万吨，年均复合上升率为25％，迎来良好发展契机。潘庆瑞博士认为：“圆柱电池的继续发展，依赖于高镍和硅材料的开发应用，而硅基材料的应用面临着成本、界面稳定性、膨胀、产气、浅充放循环等瓶颈。比克电池将以更高掺混比例推动硅基材料发展，协同电解液和安全方面优化，力争打破瓶颈，探索全新新能源电池，让生活更加美好。”
