近幾年，随着锂電池技術的不斷發展，高端新能源汽車的續航焦慮得到了有效解決。其中，矽基負極材料發揮了至關重要的作用。應用這種技術的電池不僅實現了更高的容量，而且體積更小，因此成爲了衆多新能源汽車的首選。
自 2021 年開始，多家新能源汽車企業如特斯拉、蔚來和甯德時代等紛紛開始布局矽基負極電池領域。如今，矽基負極材料在智能手機領域的應用也逐漸受到關注。
在 2021 年 3 月 29 日，小米 11 Pro 成爲首款搭載 5000mAh 矽氧負極電池的智能手機；2022 年 4 月 28 日，華爲在 Mate Xs 2 折疊屏手機上采用了 4880mAh 的高矽負極電池，這一技術雖然并非行業慣用名詞，但根據華爲的描述，它屬于矽基負極電池的一種。
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到了 2023 年 3 月 6 日，榮耀 Magic 5 Pro 發布，搭載了 5450mAh 的青海湖電池，榮耀表示這是首款将矽碳負極電池技術商用的智能手機産品。而在 2023 年 11 月 13 日發布的 vivo X100 Pro 所采用的藍海電池，據傳是由 vivo 和甯德新能源共同開發，采用了碳元重組、激光刻蝕、極片重塑等技術，容量達到了 5400mAh。
據在智能手機大廠工作的李明透露，随着矽碳負極電池技術的加速普及，預計在 2024 年将有一大批容量高達 6000mAh 的智能手機上市。考慮到今年高通和聯發科的 SoC 功耗表現都相當出色，這意味着智能手機用戶或許從此可以徹底擺脫困擾多年的續航焦慮。
技術的改進，細節的博弈
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早在 1990 年，索尼公司就發明了第一塊锂電池，這一基本架構至今仍在使用。锂電池由正極 ( Positive electrode ) 、負極 ( Negative electrode ) 、電解液 ( electrolyte ) 和隔膜 ( Separator ) 四個部分組成。
根據正極材料的不同，锂電池可以分爲磷酸鐵锂電池、钴酸锂電池和三元電池等類型。長期以來，锂電池的負極主要采用天然石墨或人造石墨。
其中，電池的能量密度，也就是電池容量與體積的比值，由正極和負極的材料共同決定。目前，天然石墨負極的實際克容量大約在 360-370mAh/g，人造石墨負極的實際克容量大約在 340-360mAh/g。而矽負極的理論克容量可達 4200mAh/g，遠遠超過了石墨材料。
但實際上，由于矽負極在充放電過程中會發生體積膨脹，特别是當矽與锂反應時，體積膨脹可以達到 300%，這在電池領域是無法接受的。因此，實際應用的電池負極通常采用 10% 左右含量的矽和碳的複合材料組成矽碳負極材料，其實際克容量大約在 450-600mAh/g 之間，約爲傳統石墨負極的 1.3 倍。
關于矽碳複合材料的具體形式，有多種技術和工藝路徑，包括納米化、改性、包覆等。這些技術的核心在于增加锂離子嵌入活性位點和擴散通道的數量，使膨脹後的矽不會導緻整體電池的膨脹變形。
這樣，矽基負極在保持較高克容量的同時，也能滿足快充所需的倍率性能的要求。展望未來，随着技術的不斷進步，矽在矽碳負極電池中的含量有望進一步提高，從而不斷提升電池的實際克容量。
目前來看，矽碳負極材料存在兩大缺點：一是壽命短，天然石墨負極循環壽命通常小于 1000 次，人造石墨負極循環壽命超過 3000 次，而矽碳負極材料隻有 300-500 次；二是價格高，常見的石墨負極價格大約是 150 元每 100g，而矽碳負極價格可以高達大幾百元每 100g。
不過，從技術角度來看，使用壽命不長的問題并不能阻止矽基負極電池的普及。
西南科技大學副教授萬琦告訴钛媒體 App，此前矽基負極電池的壽命表現較差，因此矽基負極在新能源汽車領域推廣應用并不順利。但對智能手機産業而言，由于本身的換機周期更短，更換電池更容易也更便宜，因此對于電池循環壽命要求相對寬松，掃清了矽基負極電池在智能手機領域普及的障礙。
大時代下的必然
剛剛過去的 2023 年，對智能手機産業來說，是自誕生以來最具挑戰性的一年。
根據 IDC 的數據報告，盡管 2023 年第四季度中國智能手機出貨量結束了連續 10 個季度的下滑趨勢，但全年的出貨量同比下降了 5.0%，降至 2.71 億台，創近 10 年來新低。
面對如此激烈的市場競争，影像技術成爲智能手機廠商的必争之地。盡管過去被認爲是 " 費力不讨好 "，且用戶感知度低、教育成本高，但華爲、榮耀、OPPO、vivo、小米等品牌在算法、影調和主攝長焦領域都展現出了各自的實力。
但是，在面對能夠一個全新的、能被用戶感知、且能夠通過數字直接傳達的新技術時，智能手機廠商似乎沒有理由因爲較高的成本拒絕矽基負極電池。
華經産業研究報告指出，随着我國锂電池産量的不斷增長，對負極材料的需求也在持續增加。2016 年，我國負極材料出貨量達到 11.8 萬噸，而到了 2022 年，這一數字增長至 137 萬噸，期間年均複合增長率高達 50.5%。
從市場份額的角度看，2022 年前六大負極材料供應商分别爲貝特瑞（26%）、上海杉杉（16%）、江西紫宸（璞泰來，11%）、中科星城（9%）、廣東凱金（9%）以及尚太科技（8%），合計占據了 79% 的市場份額，顯示出市場集中度較高。
在 2000 年以前，日本是全球主要的負極材料供應國，占據了超過 95% 的市場份額。然而，如今中國已經成爲全球負極材料供應的主要國家，其供應量占比超過 80%，并且這一比例仍在持續增長。
從宏觀角度來看，中國的新能源戰略推動了锂電池的國産化進程。在這個過程中，負極材料的創新突破首先應用于新能源汽車領域。随着産業成熟和技術進步，這一技術的應用逐漸普及到智能手機領域。
西南科技大學副教授萬琦對钛媒體 App 表示，貝特瑞在矽基負極領域一度具有較大程度的領先，其售價曾高達 35 萬元每噸。然而，随着競争對手的加入和技術不斷成熟，市場價格逐漸下降。目前，市場普遍的均價約在 10-20 萬每噸。
目前來看，矽基負極電池技術正在進入高速發展期，智能手機雖然仍處于低谷期，但每年約 12 億出貨量的産業規模仍具有足夠大的體量。随着技術的普及、均價的降低，每個人的手機都有 6000mAh 的大電池，每天隻需要充一次電的日子，應該不遠了。（本文首發钛媒體 App 作者 / 吳泓磊 編輯 / 鍾毅，文中李明爲化名）
