就在本周，榮耀在上海舉辦了 Magic5 系列發(fā)布會，會上官方正式揭秘了此前預(yù)熱的「青海湖電池」所采用的硅碳負(fù)極技術(shù)，并宣布榮耀 Magic5 Pro 和 Magic5 至臻版在行業(yè)中首發(fā)硅碳負(fù)極電池技術(shù)，電池容量均達(dá)到 5450mAh，機(jī)身厚度也均是 8.77mm。按照榮耀 CEO 趙明的說法，搭載大容量「青海湖電池」的榮耀 Magic5 Pro 和至臻版都能支持重度使用一整天。

(資料圖)

事實(shí)上，硅碳負(fù)極電池技術(shù)很早被行業(yè)探索，特斯拉 2020 年發(fā)布的 4680 電池就采用了高鎳正極+硅碳負(fù)極材料，再加上全極耳和干電池技術(shù)，官方宣稱新電池能量密度能達(dá)到 300Wh/kg。在目前鋰電池的負(fù)極材料技術(shù)發(fā)展中，硅基材料的關(guān)注度最高，產(chǎn)業(yè)化的希望也最大，尤其是特斯拉的 4680 電池直接推動各大電池廠商在硅基負(fù)極方面的布局，其中就包括硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極。

在這兩個方面，另一家手機(jī)廠商——小米其實(shí)很早就有了嘗試。早在 2019 年，小米在概念機(jī) MIX Alpha 上采用了硅碳負(fù)極電池，電池容量達(dá)到 4050mAh。而在小米 11 Pro 和 Ultra 上，小米開始采用硅氧負(fù)極電池，最新亮相的小米真無線 AR 眼鏡中，官方同樣也提到了搭載「硅氧負(fù)極電池」。

圖/雷軍微信公眾號

但另一方面，從 2020 年官宣至今，特斯拉的 4680 依然還沒進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)交付階段，硅基負(fù)極電池的規(guī)?；瘧?yīng)用也普遍存在一定問題。所以，高能量密度、高性能的硅基負(fù)極電池真能刷新我們的「續(xù)航」體驗(yàn)嗎？

從石墨到硅基，電池技術(shù)又往前了「一小步」

過去幾年，電池能量密度的提高主要依靠結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。比如特斯拉的圓柱電池，電芯的直徑越來越大，高度越來越高，單塊電池需要的電芯個數(shù)也隨之減少，而空間效率的提高也提高了整車的續(xù)航里程。類似的還有比亞迪的刀片電池，也是通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)，進(jìn)一步提高了電池的能量密度。

但僅僅指望結(jié)構(gòu)上改進(jìn)顯然不夠，電池材料上的改進(jìn)也是整個產(chǎn)業(yè)的共同方向。除了從液態(tài)電解質(zhì)轉(zhuǎn)向固態(tài)電解質(zhì)——也就是固態(tài)電池的發(fā)展，正負(fù)極材料同樣是重點(diǎn)，而在負(fù)極材料上，傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料更是已經(jīng)接近了性能極限。

圖/美國能源部

在充電過程中，正極的鋰離子脫嵌經(jīng)過內(nèi)部的電解液，穿過隔膜嵌入到負(fù)極（通常是石墨）；反過來在放電過程中，負(fù)極的鋰離子則是脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)、穿過隔膜嵌入到正極。正負(fù)極材料的比容量，又即單位質(zhì)量的電池或活性物質(zhì)所能放出的電量，將在很大程度上影響電池的能量密度。

目前正極材料已經(jīng)有了大量的選擇，包括鈷酸鋰、鎳鈷錳、磷酸鐵鋰等，但在負(fù)極材料領(lǐng)域最主流的材料只有石墨，包括人造石墨和天然石墨在 2021 年占據(jù)了所有負(fù)極材料出貨量的 98%，包括硅基負(fù)極在內(nèi)的其他負(fù)極材料，出貨量僅有 2%。

如果從性能角度，石墨負(fù)極在各方面都不是最好的，理論比容量只有 340~370mAh/g，之所以能夠占據(jù)絕對的主流，核心是來源廣、價格低、安全好以及工藝成熟，總結(jié)起來就是：

量大管飽。

但放在今天，從行業(yè)到用戶，電動汽車對提高電池能量密度這件事充滿了渴求，在石墨負(fù)極繞不開性能極限的背景下，選擇更換性能更高的硅基負(fù)極材料幾乎是一種必然的選擇。

理論上，硅基負(fù)極材料的比容量可以高達(dá) 4200mAh/g，是石墨負(fù)極理論極限的近 12 倍，也是目前已知比容量最高的電池負(fù)極材料。即便是目前僅僅小規(guī)模應(yīng)用的硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極材料，實(shí)際比容量也分別達(dá)到了 450mAh/g 和 450~500mAh/g。

具體到實(shí)際應(yīng)用，最明顯的感知就是電池能量密度的提高。采用硅碳負(fù)極的特斯拉 4680 電池能量密度達(dá)到了 300Wh/kg，特斯拉聲稱，其能量是 2170 電池的 5 倍，車輛續(xù)航里程也提高了 16%。

電車核心，手機(jī)撿漏？硅基負(fù)極的「小」問題

兩年多過去了，我們還是沒有看到特斯拉 4680 電池的大規(guī)模量產(chǎn)交付。一方面是硅基負(fù)極電池的美好前景，但另一方面也面臨很多挑戰(zhàn)，其中一個就是現(xiàn)有硅基負(fù)極的循環(huán)壽命問題。

理論上，硅基負(fù)極電池應(yīng)該是一種高壽命電池，但目前小規(guī)模應(yīng)用的硅碳負(fù)極電池循環(huán)壽命普遍落在在 500~600 次，大幅低于石墨負(fù)極電池基本高于 1000 次的水平。

更大的問題是，手機(jī)等 3C 產(chǎn)品對電池充放電循環(huán)壽命的要求一般在 600 次，無人機(jī)約為 200 次，但對于汽車來說，國標(biāo)對動力電池的循環(huán)壽命要求是 1000 次以上。換句話說，現(xiàn)有的硅基負(fù)極電池根本達(dá)不到國標(biāo)的上車要求。

不過，硅基負(fù)極電池更高的能量密度始終是優(yōu)勢所在，只是現(xiàn)階段較低的循環(huán)壽命和較高的成本阻止了一部分產(chǎn)品采用，只有高端智能手機(jī)等少數(shù)產(chǎn)品有能力并愿意采用，這也是為什么我們會在小米 11 Pro/Ultra 和榮耀 Magic5 Pro/至臻版上看到硅基負(fù)極電池。

硅基負(fù)極電池市場趨勢預(yù)測，圖/貝特瑞

但毫無疑問，硅基負(fù)極材料在動力電池的應(yīng)用才是最關(guān)鍵的一環(huán)，繞開中國電動汽車市場幾乎是無法想象的。而硅基負(fù)極電池的壽命過低，一個主要的原因在于，硅基負(fù)極材料的充放電膨脹率超過了 300%，石墨負(fù)極一般只在 12%~15%。過高的膨脹率導(dǎo)致硅顆?？赡芷屏巡⒃斐呻姌O失效，引起鋰離子迅速衰減，影響電池循環(huán)性能。

在 2020 年的發(fā)布現(xiàn)場，馬斯克曾經(jīng)承諾在 2022 年年內(nèi)解決這些問題并實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)。但時至今日，特斯拉的 4680 電池仍然還在小批量生產(chǎn)，只有少量美國市場的 Model Y 搭載交付。

盡管特斯拉方面量產(chǎn)受阻，但電池廠商還在加速布局硅基負(fù)極，包括寧德時代、比克、億緯鋰能、蔚藍(lán)等國內(nèi)電池廠商都在推進(jìn) 4680 項(xiàng)目落地，其中寧德時代麒麟選用預(yù)鋰硅氧代表著硅負(fù)極在方型電池的成功應(yīng)用，僅 2023 年就有 10Gwh 生產(chǎn)計(jì)劃。

另一邊，特斯拉的 4680 電池依然可能是 2023 年硅基負(fù)極電池的出貨主力，同時松下、LG 等海外電池廠商也要在今年開始 4680 電池的量產(chǎn)。

誠然，硅基負(fù)極電池還面臨大規(guī)模量產(chǎn)和成本的挑戰(zhàn)，但最核心的一點(diǎn)就如上文所提，電動汽車急需更高能量密度的電池，而石墨負(fù)極在理論上已經(jīng)無法滿足發(fā)展的空間，硅基負(fù)極則是目前理論效率最高且距離產(chǎn)業(yè)化最近的材料。再加上各大車企和電池廠商的押注，當(dāng)下的挑戰(zhàn)，硅基負(fù)極產(chǎn)業(yè)來說：

只是黎明前的黑暗。

關(guān)鍵詞：