圖片來源 @視覺中國
文｜雷科技 leitech
就在本周，榮耀在上海舉辦了 Magic5 系列發布會，會上官方正式揭秘了此前預熱的「青海湖電池」所采用的矽碳負極技術，并宣布榮耀 Magic5 Pro 和 Magic5 至臻版在行業中首發矽碳負極電池技術，電池容量均達到 5450mAh，機身厚度也均是 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。
事實上，矽碳負極電池技術很早被行業探索，特斯拉 2020 年發布的 4680 電池就采用了高鎳正極 + 矽碳負極材料，再加上全極耳和幹電池技術，官方宣稱新電池能量密度能達到 300Wh/kg。在目前锂電池的負極材料技術發展中，矽基材料的關注度最高，産業化的希望也最大，尤其是特斯拉的 4680 電池直接推動各大電池廠商在矽基負極方面的布局，其中就包括矽碳負極和矽氧負極。
在這兩個方面，另一家手機廠商——小米其實很早就有了嘗試。早在 2019 年，小米在概念機 MIX Alpha 上采用了矽碳負極電池，電池容量達到 4050mAh。而在小米 11 Pro 和 Ultra 上，小米開始采用矽氧負極電池，最新亮相的小米真無線 AR 眼鏡中，官方同樣也提到了搭載「矽氧負極電池」。
圖 / 雷軍微信公衆号
但另一方面，從 2020 年官宣至今，特斯拉的 4680 依然還沒進入大規模量産交付階段，矽基負極電池的規模化應用也普遍存在一定問題。所以，高能量密度、高性能的矽基負極電池真能刷新我們的「續航」體驗嗎？
從石墨到矽基，電池技術又往前了「一小步」
過去幾年，電池能量密度的提高主要依靠結構上的改進。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也随之減少，而空間效率的提高也提高了整車的續航裏程。類似的還有比亞迪的刀片電池，也是通過結構改進，進一步提高了電池的能量密度。
但僅僅指望結構上改進顯然不夠，電池材料上的改進也是整個産業的共同方向。除了從液态電解質轉向固态電解質——也就是固态電池的發展，正負極材料同樣是重點，而在負極材料上，傳統的石墨負極材料更是已經接近了性能極限。
圖 / 美國能源部
在充電過程中，正極的锂離子脫嵌經過内部的電解液，穿過隔膜嵌入到負極（通常是石墨）；反過來在放電過程中，負極的锂離子則是脫嵌經過電解質、穿過隔膜嵌入到正極。正負極材料的比容量，又即單位質量的電池或活性物質所能放出的電量，将在很大程度上影響電池的能量密度。
目前正極材料已經有了大量的選擇，包括钴酸锂、鎳钴錳、磷酸鐵锂等，但在負極材料領域最主流的材料隻有石墨，包括人造石墨和天然石墨在 2021 年占據了所有負極材料出貨量的 98%，包括矽基負極在内的其他負極材料，出貨量僅有 2%。
如果從性能角度，石墨負極在各方面都不是最好的，理論比容量隻有 340~370mAh/g，之所以能夠占據絕對的主流，核心是來源廣、價格低、安全好以及工藝成熟，總結起來就是：
量大管飽。
但放在今天，從行業到用戶，電動汽車對提高電池能量密度這件事充滿了渴求，在石墨負極繞不開性能極限的背景下，選擇更換性能更高的矽基負極材料幾乎是一種必然的選擇。
理論上，矽基負極材料的比容量可以高達 4200mAh/g，是石墨負極理論極限的近 12 倍，也是目前已知比容量最高的電池負極材料。即便是目前僅僅小規模應用的矽碳負極和矽氧負極材料，實際比容量也分别達到了 450mAh/g 和 450~500mAh/g。
具體到實際應用，最明顯的感知就是電池能量密度的提高。采用矽碳負極的特斯拉 4680 電池能量密度達到了 300Wh/kg，特斯拉聲稱，其能量是 2170 電池的 5 倍，車輛續航裏程也提高了 16%。
電車核心，手機撿漏？矽基負極的「小」問題
兩年多過去了，我們還是沒有看到特斯拉 4680 電池的大規模量産交付。一方面是矽基負極電池的美好前景，但另一方面也面臨很多挑戰，其中一個就是現有矽基負極的循環壽命問題。
理論上，矽基負極電池應該是一種高壽命電池，但目前小規模應用的矽碳負極電池循環壽命普遍落在在 500~600 次，大幅低于石墨負極電池基本高于 1000 次的水平。
更大的問題是，手機等 3C 産品對電池充放電循環壽命的要求一般在 600 次，無人機約爲 200 次，但對于汽車來說，國标對動力電池的循環壽命要求是 1000 次以上。換句話說，現有的矽基負極電池根本達不到國标的上車要求。
不過，矽基負極電池更高的能量密度始終是優勢所在，隻是現階段較低的循環壽命和較高的成本阻止了一部分産品采用，隻有高端智能手機等少數産品有能力并願意采用，這也是爲什麽我們會在小米 11 Pro/Ultra 和榮耀 Magic5 Pro/ 至臻版上看到矽基負極電池。
矽基負極電池市場趨勢預測，圖 / 貝特瑞
但毫無疑問，矽基負極材料在動力電池的應用才是最關鍵的一環，繞開中國電動汽車市場幾乎是無法想象的。而矽基負極電池的壽命過低，一個主要的原因在于，矽基負極材料的充放電膨脹率超過了 300%，石墨負極一般隻在 12%~15%。過高的膨脹率導緻矽顆粒可能破裂并造成電極失效，引起锂離子迅速衰減，影響電池循環性能。
在 2020 年的發布現場，馬斯克曾經承諾在 2022 年年内解決這些問題并實現規模化量産。但時至今日，特斯拉的 4680 電池仍然還在小批量生産，隻有少量美國市場的 Model Y 搭載交付。
盡管特斯拉方面量産受阻，但電池廠商還在加速布局矽基負極，包括甯德時代、比克、億緯锂能、蔚藍等國内電池廠商都在推進 4680 項目落地，其中甯德時代麒麟選用預锂矽氧代表着矽負極在方型電池的成功應用，僅 2023 年就有 10Gwh 生産計劃。
另一邊，特斯拉的 4680 電池依然可能是 2023 年矽基負極電池的出貨主力，同時松下、LG 等海外電池廠商也要在今年開始 4680 電池的量産。
誠然，矽基負極電池還面臨大規模量産和成本的挑戰，但最核心的一點就如上文所提，電動汽車急需更高能量密度的電池，而石墨負極在理論上已經無法滿足發展的空間，矽基負極則是目前理論效率最高且距離産業化最近的材料。再加上各大車企和電池廠商的押注，當下的挑戰，矽基負極産業來說：
隻是黎明前的黑暗。
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