目前，全行業(yè)似乎仍在期待著摻硅補鋰技術(shù)的進展。從材料企業(yè)看，TDK、天齊鋰業(yè)等在5年前，就開始了補鋰材料的研發(fā)制備；從電芯企業(yè)看，寧德時代、國軒高科、欣旺達、A123、ATL、比亞迪、中創(chuàng)新航、珠海冠宇、微宏動力等都有涉及該技術(shù)；從手機企業(yè)看，小米(11 Ultra高硅極片補鋰技術(shù))；從車企看，蔚來汽車/特斯拉（預鋰化+硅負極）等不約而同地都從硅負極材料或預鋰化技術(shù)下手，也表明“硅負極、預鋰化”將加速進入電池技術(shù)較量之列，并有望在2022年開啟產(chǎn)業(yè)規(guī)?；茝V應用。

市場往往先于技術(shù)或?qū)捰诩夹g(shù)，已有多家汽車廠商宣稱，可通過新技術(shù)讓電池做到1000km續(xù)航，比如廣汽埃安LX Plus的“海綿硅負極片”電池，上汽智己的“摻硅補鋰”電池，小康SF5的“固態(tài)電池”，還有蔚來ET7的“固態(tài)電池”，特斯拉Cybertruck 的“預鋰化”電池。

事實上，一味追求長續(xù)航里程，似乎顯得不那么重要。相反，電動車的成本、安全、壽命更需要考慮。基于現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)，需要鈷和鎳來提升動力電池性能。而這兩種都是貴金屬，一般在高檔電動車型上使用。2022年小鵬、理想將分別發(fā)布小鵬G9、理想X01，預計價格在40萬元左右。而恰巧的是，這些高端車型，現(xiàn)在都有意愿追逐“摻硅補鋰”技術(shù)。

摻硅補鋰

摻硅補鋰是兩種技術(shù)，且行之有年，主要作用是提升電池的性能（續(xù)航和壽命）。摻硅是負極摻硅，提升比能量；補鋰，既可以從負極補鋰，也可以從正極補鋰，都可以提升電池壽命。而往往長壽命和能量密度交織在一起，于是“摻硅補鋰”就成了高性能動力電池技術(shù)的代表。

摻硅可以顯著提升動力電池能量密度

從技術(shù)上看，若要提升動力電池的性能，則材料的改性是第一步。理論上，硅的克容量為4200mAh/g，是石墨的10倍。而無論是正極NCM或NCA，負極采用石墨體系，鋰離子電池的能量密度都已到了天花板300Wh/kg。如果要進一步提升能量密度，確實需要在硅基負極上做足功夫。

硅（Silicon）是一種化學元素，化學符號是Si，原子序數(shù)14，相對原子質(zhì)量28.0855，有無定形硅和晶體硅兩種同素異形體，屬于元素周期表上第三周期，IVA族的類金屬元素。

作為一種常見的一種元素，硅極少以單質(zhì)的形式在自然界出現(xiàn)，而是以復雜的硅酸鹽或二氧化硅的形式，廣泛存在于巖石、砂礫、塵土之中。從豐度上看，硅在宇宙中的儲量排在第8位；在地殼中，它是第二豐富的元素，構(gòu)成地殼總質(zhì)量的26.4%，僅次于第1位的氧（49.4%）。

需要指出的是，硅材料克容量高（理論上摻越多的硅）儲鋰性能越好，但是高膨脹率（是石墨的30倍）是電極材料的致命傷。在充放電過程中，硅的體積會大幅度膨脹收縮，雖然提升了鋰電池的能量密度，但是會影響鋰電池的壽命，因此需要從技術(shù)上想辦法箍住硅材料的膨脹。

電池廠商的一般做法是，選擇了折中路線，提升硅材料的顆粒度，如在碳負極中摻入納米級的硅材料形成碳硅負極-“石墨+硅”， 粘接劑上采用“SBR”+“PPA”+“PVDF”。

硅基負極分為兩大類：

一種是硅碳負極，即納米硅和石墨摻混使用，克容量超過3000mAh/g，但實際克容量超2000mAh/g；

另一種是硅氧負極，氧化亞硅摻混石墨作為負極，克容量為1400-1800mAh/g。

應用方面，國內(nèi)3C消費電子產(chǎn)品一般用到硅碳負極比較多；而車用動力電池方面一般采用硅氧負極比較多。

現(xiàn)在的問題是:

1）摻硅的比例不能太高，一般是5%~10%；2）硅基負極材料的價格貴，目前按照摻5%硅而成的硅負極材料，國內(nèi)價格已經(jīng)超過10萬元/噸，甚至海外價格有超100萬元/噸。如何大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，又好又快有多有又便宜是一個亟待解決的問題。

補鋰可以顯著提升動力電池循環(huán)壽命

為了提升動力電池性能，除了在負極中“摻硅”，鋰電行業(yè)工程師們還想到了“補鋰”。鋰電常識告訴我們，電池在第一次充電的時候，Li+從正極游向負極的路上，負極成膜一般會產(chǎn)生大約10%的不可逆容量損耗。

為解決這一問題，行業(yè)一般的做法是，先預一部分鋰在電極材料上，有可能是負極，也有可能是正極，以彌補這部分損失。而正極補鋰一般用的是硫酸鋰為主（也有用Li3N，核心要義是鋰離子從正極到負極。）；負極補鋰則用鋰粉或者鋰帶（打孔-蒸鍍-延壓），或為一種技術(shù)趨勢。其他方法，則包括電化學補鋰、真空鍍鋰，但大同小異。

但可以確定的是，補鋰可以算是為“吃鋰”量身定做的，這項技術(shù)既可以補充首圈成膜帶來的損失，又可以作為后續(xù)SEI/CEI膜生長。

從學術(shù)角度看，鋰帶是金屬鋰打成薄帶狀，金屬鋰純度不少于98%，每塊約15cm左右，鈍化后會浮在液體石蠟里，可以用一個比較重的塑料片壓??；鋰粉制備需要在惰性氣氛下將金屬鋰加入到第一溶劑中（石蠟油），第一溶劑與金屬鋰不發(fā)生反應，加熱至金屬鋰熔融，攪拌使熔融的金屬鋰分散鈍化，冷卻后進行清洗并干燥，而后得到鋰粉顆粒。

鋰原子序數(shù)3，原子量6.94，是最輕的堿金屬元素。自然界中主要的鋰礦物為鋰輝石、鋰云母、透鋰長石和磷鋁石等形式存在。金屬鋰為一種銀白色的輕金屬；熔點為180.54%uB0C，沸點1342%uB0C，密度0.534 g/cm%uB3，硬度0.6。金屬鋰可溶于液氨。鋰很容易與氧、氮、硫等化合。鋰表面的氮氧化物膜被溶解，從而使反應更加劇烈。

幾種補鋰技術(shù)進展

補鋰技術(shù)有三種：1）真空卷繞蒸鍍補鋰；2）富鋰正極、化成補鋰；3）壓延式鋰帶補鋰。

1）真空卷繞蒸鍍補鋰技術(shù)。其基本原理是：利用真空鍍膜和自動化設(shè)計，卷對卷循環(huán)運轉(zhuǎn)。該方法，可以實現(xiàn)鍍鋰均勻性好，并大規(guī)模批量生產(chǎn)，但距離商業(yè)化還有一段距離，更需要市場需求驅(qū)動。

距離商業(yè)化較遠的原因近期也被實踐證明。產(chǎn)業(yè)常識告訴我們，在攪拌中加富鋰材料，是最安全補鋰方式。但是真空卷繞蒸鍍補鋰的技術(shù)在此前測試中一度被否定，另外鋰粉、鋰帶都太危險，而且價格不菲，比如一卷鋰帶10萬-50萬。另外，需要強調(diào)的是，當下真空卷繞蒸鍍補鋰，其解決問題的著眼點仍然是鋰金屬表面鈍化以及抑制鋰枝晶的生長，但究竟效果怎么樣，還需要拭目以待。

該技術(shù)的代表企業(yè)依舊是CATL（寧德時代）、ATL（東莞/寧德新能源）、中創(chuàng)新航、珠海冠宇、合肥國軒、微宏動力等。

2）富鋰正極、化成補鋰技術(shù)。其基本原理是：采用富鋰正極，包括內(nèi)核以及碳包覆層，碳包覆層包覆內(nèi)核，內(nèi)核涵蓋氟化鋰以及金屬單質(zhì)顆粒（M）?；蓵r，富鋰正極向負極提供額外鋰離子。

該方法的優(yōu)勢在于能補償負極不可逆容量的鋰離子損失，從而改善正極克容量發(fā)揮，最終提高二次鋰電池的能量密度。但是該方法在發(fā)揮克容量上效果有限，最終也被實踐證明短期走不通。而另外，富鋰正極材料制備也有一定的技術(shù)難度和資金門檻。

3）壓延式鋰帶補鋰技術(shù)。其基本原理是：在攪拌中加富鋰材料，壓延設(shè)備模塊將鋰帶壓延成鋰箔并附著在離型膜上，形成補鋰帶。然后在真空干燥條件下，存儲補鋰帶。接著覆合模塊通過在極片上壓延補鋰帶，進而將鋰箔附著在負極片上。該技術(shù)的優(yōu)勢是壓延模塊和覆合模塊彼此獨立。能避免壓延模塊的運行速度和覆合模塊的運行速度之間的相互牽制，從而保證極片補鋰裝置的生產(chǎn)產(chǎn)能，同時使壓延模塊的利用率提高。

盡管該技術(shù)對環(huán)境要求苛刻，要么補鋰不充分導致能量密度提升不顯著，要么補鋰過度，形成鋰鍍層甚至鋰枝晶，損失電池性能。另外該技術(shù)還能在現(xiàn)有設(shè)備和產(chǎn)業(yè)鏈上，利用壓輥、測試儀器、輔助試劑等裝置，能精確控制，可解決補鋰不充分問題。事實上，壓延式鋰帶補鋰技術(shù)，是第一種成功補鋰技術(shù)。該技術(shù)的成功不僅是因為補鋰工序簡單，能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，更多是能夠兼顧材料成本、設(shè)備成本、廠房管理成本。

該技術(shù)的代表企業(yè)依舊是CATL（寧德時代）等。

未來發(fā)展

毫無疑問，“摻硅補鋰”是一項重要的鋰電池技術(shù)，也代表著研發(fā)實力和資金實力，也能夠解決電動汽車核心焦慮。但隨著固態(tài)電池技術(shù)、氫燃料電池以及其他磷酸錳鐵鋰、鈉離子電池、高錳電池、鋁空氣電池的逐步發(fā)展，快充及800V平臺技術(shù)的加速落地，電動汽車的壽命焦慮和性能焦慮都將得到解決。因此，供給側(cè)要引導市場需求，而不是一味的過度設(shè)計，甚至“營養(yǎng)過?！薄Ｔ诳紤]資源緊缺的情況下，摻硅補鋰技術(shù)就只能是盡量的配套高檔電動車型，而不是普遍使用。

需要指出的是，任何一項技術(shù)，都有技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性，而不是“公說公有理、婆說婆有理”，“摻硅補鋰”技術(shù)也概莫能外。盡管全行業(yè)都在關(guān)注該技術(shù)，但隨著鋰離子動力電池技術(shù)多元發(fā)展及配套的齊頭并進，鋰資源的捉襟見肘和鋰電池的安全卻更需要關(guān)注。