【能源人都在看|4680电池资料——电池技术升级( 三 ) 【能源人都在看

3、成本更低：硅材料来源广，储量丰富，制作成本较低，对环境友好。采用硅负极材料的锂离子电池的质量能量密度可以提升8%以上，体积能量密度可以提升10%以上，同时每千瓦时电池的成本可以下降至少3% 。
4.2劣势
1、循环性能差：嵌锂后体积膨胀，石墨在锂离子嵌入后体积无明显膨胀情况，但硅在锂离子嵌入后体积膨胀四倍以上，来回几次膨胀收缩后电池就报废了。
2、导电性差：硅的低电导性限制其容量的充分利用和硅电极材料的倍率性能；体积变化使活性物质与导电剂粘结剂接触差，导电性下降；硅表面的SEI膜厚且不均匀，影响导电性与电池整体比能量。
4.34680电池创新设计
Tesla对原材料重新设计，采取高弹性材料，并通过增加弹性的离子聚合物涂层，可以稳定硅表面结构，并使成本降低5% 。
图：Tesla硅负极工艺原理

文章图片
4.4硅碳负极为硅负极的发展方向
电池企业积极应用硅碳负极：硅碳负极目前主要应用于圆柱电池，宁德时代、力神电池、国轩高科与普莱德等动力电池厂商高比容量电池方案中，硅碳负极为明确发展方向。
硅碳负极研发生产提速：国外硅碳产业化较为领先，国内厂商正积极追赶，目前国内负极厂商已扩大硅碳负极投入，贝特瑞、杉杉、国轩高科、正拓能源可实现量产。其中贝特瑞硅碳负极供给松下动力电池，进入特斯拉产业链。部分电池企业如CATL、比亚迪、国轩高科、比克和天津力神等企业均在硅碳积极布局。
硅碳电池是高能量密度发展的必然趋势，随技术瓶颈的克服与终端客户接受度提升，硅碳将成本下降，实现大规模量产， CNCET预计23年我国硅碳负极材料产量及消费量将达到6万吨，未来硅碳负极市场前景巨大。
5
正极
不同的电极用在不同的产品上，铁锂版的4680会用在低续航的车型和能源储蓄电池，主打更多循环次数；镍锰锂4680电池用在中等续航的车型和家用电池上；高镍4680电池用在cybertruck和Semi上。
Tesla正极材料主打高镍无钴化方向，但没有提出与主流路线之外的创新：使用NCA单晶路线，通过提升电压来提升能量密度，材料热稳定性媲美磷酸铁锂。
5.1NCA
三元正极材料路线一般分为两条：
1）Tesla采取的NCA（镍钴铝）；2）NCM（镍钴锰），比如宁德时代使用的NCM523、NCM622、NCM811 。
图：NCM与NCA区别

文章图片
正极材料中元素的作用为：
镍：提升电池能量密度，降低电池成本。是电池提升续航的关键。
钴：作为正极支架结构坚固，但价格昂贵，并对环境造成污染。
锰、铝：提高材料的导热性，是热稳定性，更安全的关键。
铁：镍的替代材料，能量密度不高，但价格便宜，充放电次数更高。
相比与NCM ， NCA的能量密度更大，工艺要求也更高，但安全性差些。 Tesla提高镍的含量，降低钴的含量，从而提升能量密度，降低成本。
图：NCM中钴含量在逐渐降低

文章图片
5.2单晶化
与提高镍元素来提高能量密度不同，单晶化是通过提高正极材料的电压来提升能量密度：单晶材料相对于传统的多晶材料更适合做高电压，没有晶界，可提升三元电池的热稳定性和循环性能。
图：单晶化正极镍含量