就在本周，荣耀在上海举办了 Magic5 系列发布会，会上官方正式揭秘了此前预热的「青海湖(hú)電(diàn)池」所采用(yòng)的硅碳负极技术，并宣布荣耀 Magic5 Pro 和 Magic5 至臻版在行业中首发硅碳负极電(diàn)池技术，電(diàn)池容量均达到 5450mAh，机身厚度也均是 8．77mm。按照荣耀 CEO 赵明的说法，搭载大容量「青海湖(hú)電(diàn)池」的荣耀 Magic5 Pro 和至臻版都能(néng)支持重度使用(yòng)一整天。

事实上，硅碳负极電(diàn)池技术很(hěn)早被行业探索，特斯拉 2020 年发布的 4680 電(diàn)池就采用(yòng)了高镍正极＋硅碳负极材料，再加上全极耳和干電(diàn)池技术，官方宣称新(xīn)電(diàn)池能(néng)量密度能(néng)达到 300Wh／kg。在目前锂電(diàn)池的负极材料技术发展中，硅基材料的关注度最高，产业化的希望也最大，尤其是特斯拉的 4680 電(diàn)池直接推动各大電(diàn)池厂商(shāng)在硅基负极方面的布局，其中就包括硅碳负极和硅氧负极。

在这两个方面，另一家手机厂商(shāng)——小(xiǎo)米其实很(hěn)早就有(yǒu)了尝试。早在 2019 年，小(xiǎo)米在概念机 MIX Alpha 上采用(yòng)了硅碳负极電(diàn)池，電(diàn)池容量达到 4050mAh。而在小(xiǎo)米 11 Pro 和 Ultra 上，小(xiǎo)米开始采用(yòng)硅氧负极電(diàn)池，最新(xīn)亮相的小(xiǎo)米真无線(xiàn) AR 眼镜中，官方同样也提到了搭载「硅氧负极電(diàn)池」。

图／雷军微信公众号

但另一方面，从 2020 年官宣至今，特斯拉的 4680 依然还没进入大规模量产交付阶段，硅基负极電(diàn)池的规模化应用(yòng)也普遍存在一定问题。所以，高能(néng)量密度、高性能(néng)的硅基负极電(diàn)池真能(néng)刷新(xīn)我们的「续航」體(tǐ)验吗？

从石墨到硅基，電(diàn)池技术又(yòu)往前了「一小(xiǎo)步」

过去几年，電(diàn)池能(néng)量密度的提高主要依靠结构上的改进。比如特斯拉的圆柱電(diàn)池，電(diàn)芯的直径越来越大，高度越来越高，单块電(diàn)池需要的電(diàn)芯个数也随之减少，而空间效率的提高也提高了整車(chē)的续航里程。类似的还有(yǒu)比亚迪的刀(dāo)片電(diàn)池，也是通过结构改进，进一步提高了電(diàn)池的能(néng)量密度。

但仅仅指望结构上改进显然不够，電(diàn)池材料上的改进也是整个产业的共同方向。除了从液态電(diàn)解质转向固态電(diàn)解质——也就是固态電(diàn)池的发展，正负极材料同样是重点，而在负极材料上，传统的石墨负极材料更是已经接近了性能(néng)极限。

图／美國(guó)能(néng)源部

在充電(diàn)过程中，正极的锂离子脱嵌经过内部的電(diàn)解液，穿过隔膜嵌入到负极（通常是石墨）；反过来在放電(diàn)过程中，负极的锂离子则是脱嵌经过電(diàn)解质、穿过隔膜嵌入到正极。正负极材料的比容量，又(yòu)即单位质量的電(diàn)池或活性物(wù)质所能(néng)放出的電(diàn)量，将在很(hěn)大程度上影响電(diàn)池的能(néng)量密度。

目前正极材料已经有(yǒu)了大量的选择，包括钴酸锂、镍钴锰、磷酸铁锂等，但在负极材料领域最主流的材料只有(yǒu)石墨，包括人造石墨和天然石墨在 2021 年占据了所有(yǒu)负极材料出货量的 98％，包括硅基负极在内的其他(tā)负极材料，出货量仅有(yǒu) 2％。

如果从性能(néng)角度，石墨负极在各方面都不是最好的，理(lǐ)论比容量只有(yǒu) 340～370mAh／g，之所以能(néng)够占据绝对的主流，核心是来源广、价格低、安全好以及工艺成熟，总结起来就是：

量大管饱。

但放在今天，从行业到用(yòng)户，電(diàn)动汽車(chē)对提高電(diàn)池能(néng)量密度这件事充满了渴求，在石墨负极绕不开性能(néng)极限的背景下，选择更换性能(néng)更高的硅基负极材料几乎是一种必然的选择。

理(lǐ)论上，硅基负极材料的比容量可(kě)以高达 4200mAh／g，是石墨负极理(lǐ)论极限的近 12 倍，也是目前已知比容量最高的電(diàn)池负极材料。即便是目前仅仅小(xiǎo)规模应用(yòng)的硅碳负极和硅氧负极材料，实际比容量也分(fēn)别达到了 450mAh／g 和 450～500mAh／g。

4680 電(diàn)池，图／特斯拉

具體(tǐ)到实际应用(yòng)，最明显的感知就是電(diàn)池能(néng)量密度的提高。采用(yòng)硅碳负极的特斯拉 4680 電(diàn)池能(néng)量密度达到了 300Wh／kg，特斯拉声称，其能(néng)量是 2170 電(diàn)池的 5 倍，車(chē)辆续航里程也提高了 16％。

電(diàn)車(chē)核心，手机捡漏？硅基负极的「小(xiǎo)」问题

两年多(duō)过去了，我们还是没有(yǒu)看到特斯拉 4680 電(diàn)池的大规模量产交付。一方面是硅基负极電(diàn)池的美好前景，但另一方面也面临很(hěn)多(duō)挑战，其中一个就是现有(yǒu)硅基负极的循环寿命问题。

理(lǐ)论上，硅基负极電(diàn)池应该是一种高寿命電(diàn)池，但目前小(xiǎo)规模应用(yòng)的硅碳负极電(diàn)池循环寿命普遍落在在 500～600 次，大幅低于石墨负极電(diàn)池基本高于 1000 次的水平。

更大的问题是，手机等 3C 产品对電(diàn)池充放電(diàn)循环寿命的要求一般在 600 次，无人机约為(wèi) 200 次，但对于汽車(chē)来说，國(guó)标对动力電(diàn)池的循环寿命要求是 1000 次以上。换句话说，现有(yǒu)的硅基负极電(diàn)池根本达不到國(guó)标的上車(chē)要求。

不过，硅基负极電(diàn)池更高的能(néng)量密度始终是优势所在，只是现阶段较低的循环寿命和较高的成本阻止了一部分(fēn)产品采用(yòng)，只有(yǒu)高端智能(néng)手机等少数产品有(yǒu)能(néng)力并愿意采用(yòng)，这也是為(wèi)什么我们会在小(xiǎo)米 11 Pro／Ultra 和荣耀 Magic5 Pro／至臻版上看到硅基负极電(diàn)池。

硅基负极電(diàn)池市场趋势预测，图／贝特瑞

但毫无疑问，硅基负极材料在动力電(diàn)池的应用(yòng)才是最关键的一环，绕开中國(guó)電(diàn)动汽車(chē)市场几乎是无法想象的。而硅基负极電(diàn)池的寿命过低，一个主要的原因在于，硅基负极材料的充放電(diàn)膨胀率超过了 300％，石墨负极一般只在 12％～15％。过高的膨胀率导致硅颗粒可(kě)能(néng)破裂并造成電(diàn)极失效，引起锂离子迅速衰减，影响電(diàn)池循环性能(néng)。

在 2020 年的发布现场，马斯克曾经承诺在 2022 年年内解决这些问题并实现规模化量产。但时至今日，特斯拉的 4680 電(diàn)池仍然还在小(xiǎo)批量生产，只有(yǒu)少量美國(guó)市场的 Model Y 搭载交付。

尽管特斯拉方面量产受阻，但電(diàn)池厂商(shāng)还在加速布局硅基负极，包括宁德时代、比克、亿纬锂能(néng)、蔚蓝等國(guó)内電(diàn)池厂商(shāng)都在推进 4680 项目落地，其中宁德时代麒麟选用(yòng)预锂硅氧代表着硅负极在方型電(diàn)池的成功应用(yòng)，仅 2023 年就有(yǒu) 10Gwh 生产计划。

另一边，特斯拉的 4680 電(diàn)池依然可(kě)能(néng)是 2023 年硅基负极電(diàn)池的出货主力，同时松下、LG 等海外電(diàn)池厂商(shāng)也要在今年开始 4680 電(diàn)池的量产。

诚然，硅基负极電(diàn)池还面临大规模量产和成本的挑战，但最核心的一点就如上文(wén)所提，電(diàn)动汽車(chē)急需更高能(néng)量密度的電(diàn)池，而石墨负极在理(lǐ)论上已经无法满足发展的空间，硅基负极则是目前理(lǐ)论效率最高且距离产业化最近的材料。再加上各大車(chē)企和電(diàn)池厂商(shāng)的押注，当下的挑战，硅基负极产业来说：

只是黎明前的黑暗。

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