近幾年，隨著鋰電池技術(shù)的不斷發(fā)展，高端新能源汽車的續(xù)航焦慮得到了有效解決。其中，硅基負(fù)極材料發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。應(yīng)用這種技術(shù)的電池不僅實(shí)現(xiàn)了更高的容量，而且體積更小，因此成為了眾多新能源汽車的首選。
自2021年開始，多家新能源汽車企業(yè)如特斯拉、蔚來和寧德時(shí)代等紛紛開始布局硅基負(fù)極電池領(lǐng)域。如今，硅基負(fù)極材料在智能手機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸受到關(guān)注。
在2021年3月29日，小米11 Pro成為首款搭載5000mAh硅氧負(fù)極電池的智能手機(jī)；2022年4月28日，華為在Mate Xs 2折疊屏手機(jī)上采用了4880mAh的高硅負(fù)極電池，這一技術(shù)雖然并非行業(yè)慣用名詞，但根據(jù)華為的描述，它屬于硅基負(fù)極電池的一種。
圖片來源：小米官網(wǎng)
到了2023年3月6日，榮耀Magic 5 Pro發(fā)布，搭載了5450mAh的青海湖電池，榮耀表示這是首款將硅碳負(fù)極電池技術(shù)商用的智能手機(jī)產(chǎn)品。而在2023年11月13日發(fā)布的vivo X100 Pro所采用的藍(lán)海電池，據(jù)傳是由vivo和寧德新能源共同開發(fā)，采用了碳元重組、激光刻蝕、極片重塑等技術(shù)，容量達(dá)到了5400mAh。
據(jù)在智能手機(jī)大廠工作的李明透露，隨著硅碳負(fù)極電池技術(shù)的加速普及，預(yù)計(jì)在2024年將有一大批容量高達(dá)6000mAh的智能手機(jī)上市。考慮到今年高通和聯(lián)發(fā)科的SoC功耗表現(xiàn)都相當(dāng)出色，這意味著智能手機(jī)用戶或許從此可以徹底擺脫困擾多年的續(xù)航焦慮。
技術(shù)的改進(jìn)，細(xì)節(jié)的博弈
圖片來源：視覺中國(guó)
早在1990年，索尼公司就發(fā)明了第一塊鋰電池，這一基本架構(gòu)至今仍在使用。鋰電池由正極(Positive electrode)、負(fù)極(Negative electrode)、電解液(electrolyte)和隔膜(Separator)四個(gè)部分組成。
根據(jù)正極材料的不同，鋰電池可以分為磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池和三元電池等類型。長(zhǎng)期以來，鋰電池的負(fù)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(fù)極的材料共同決定。目前，天然石墨負(fù)極的實(shí)際克容量大約在360-370mAh/g，人造石墨負(fù)極的實(shí)際克容量大約在340-360mAh/g。而硅負(fù)極的理論克容量可達(dá)4200mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了石墨材料。
但實(shí)際上，由于硅負(fù)極在充放電過程中會(huì)發(fā)生體積膨脹，特別是當(dāng)硅與鋰反應(yīng)時(shí)，體積膨脹可以達(dá)到300%，這在電池領(lǐng)域是無法接受的。因此，實(shí)際應(yīng)用的電池負(fù)極通常采用10%左右含量的硅和碳的復(fù)合材料組成硅碳負(fù)極材料，其實(shí)際克容量大約在450-600mAh/g之間，約為傳統(tǒng)石墨負(fù)極的1.3倍。
關(guān)于硅碳復(fù)合材料的具體形式，有多種技術(shù)和工藝路徑，包括納米化、改性、包覆等。這些技術(shù)的核心在于增加鋰離子嵌入活性位點(diǎn)和擴(kuò)散通道的數(shù)量，使膨脹后的硅不會(huì)導(dǎo)致整體電池的膨脹變形。
這樣，硅基負(fù)極在保持較高克容量的同時(shí)，也能滿足快充所需的倍率性能的要求。展望未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，硅在硅碳負(fù)極電池中的含量有望進(jìn)一步提高，從而不斷提升電池的實(shí)際克容量。
目前來看，硅碳負(fù)極材料存在兩大缺點(diǎn)：一是壽命短，天然石墨負(fù)極循環(huán)壽命通常小于1000次，人造石墨負(fù)極循環(huán)壽命超過3000次，而硅碳負(fù)極材料只有300-500次；二是價(jià)格高，常見的石墨負(fù)極價(jià)格大約是150元每100g，而硅碳負(fù)極價(jià)格可以高達(dá)大幾百元每100g。
不過，從技術(shù)角度來看，使用壽命不長(zhǎng)的問題并不能阻止硅基負(fù)極電池的普及。
西南科技大學(xué)副教授萬琦告訴鈦媒體App，此前硅基負(fù)極電池的壽命表現(xiàn)較差，因此硅基負(fù)極在新能源汽車領(lǐng)域推廣應(yīng)用并不順利。但對(duì)智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)而言，由于本身的換機(jī)周期更短，更換電池更容易也更便宜，因此對(duì)于電池循環(huán)壽命要求相對(duì)寬松，掃清了硅基負(fù)極電池在智能手機(jī)領(lǐng)域普及的障礙。
大時(shí)代下的必然
圖片來源：視覺中國(guó)
剛剛過去的2023年，對(duì)智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)來說，是自誕生以來最具挑戰(zhàn)性的一年。
根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)報(bào)告，盡管2023年第四季度中國(guó)智能手機(jī)出貨量結(jié)束了連續(xù)10個(gè)季度的下滑趨勢(shì)，但全年的出貨量同比下降了5.0%，降至2.71億臺(tái)，創(chuàng)近10年來新低。
面對(duì)如此激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，影像技術(shù)成為智能手機(jī)廠商的必爭(zhēng)之地。盡管過去被認(rèn)為是“費(fèi)力不討好”，且用戶感知度低、教育成本高，但華為、榮耀、OPPO、vivo、小米等品牌在算法、影調(diào)和主攝長(zhǎng)焦領(lǐng)域都展現(xiàn)出了各自的實(shí)力。
但是，在面對(duì)能夠一個(gè)全新的、能被用戶感知、且能夠通過數(shù)字直接傳達(dá)的新技術(shù)時(shí)，智能手機(jī)廠商似乎沒有理由因?yàn)檩^高的成本拒絕硅基負(fù)極電池。
華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告指出，隨著我國(guó)鋰電池產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)，對(duì)負(fù)極材料的需求也在持續(xù)增加。2016年，我國(guó)負(fù)極材料出貨量達(dá)到11.8萬噸，而到了2022年，這一數(shù)字增長(zhǎng)至137萬噸，期間年均復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)50.5%。
從市場(chǎng)份額的角度看，2022年前六大負(fù)極材料供應(yīng)商分別為貝特瑞（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(jì)占據(jù)了79%的市場(chǎng)份額，顯示出市場(chǎng)集中度較高。
在2000年以前，日本是全球主要的負(fù)極材料供應(yīng)國(guó)，占據(jù)了超過95%的市場(chǎng)份額。然而，如今中國(guó)已經(jīng)成為全球負(fù)極材料供應(yīng)的主要國(guó)家，其供應(yīng)量占比超過80%，并且這一比例仍在持續(xù)增長(zhǎng)。
從宏觀角度來看，中國(guó)的新能源戰(zhàn)略推動(dòng)了鋰電池的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。在這個(gè)過程中，負(fù)極材料的創(chuàng)新突破首先應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域。隨著產(chǎn)業(yè)成熟和技術(shù)進(jìn)步，這一技術(shù)的應(yīng)用逐漸普及到智能手機(jī)領(lǐng)域。
西南科技大學(xué)副教授萬琦對(duì)鈦媒體App表示，貝特瑞在硅基負(fù)極領(lǐng)域一度具有較大程度的領(lǐng)先，其售價(jià)曾高達(dá)35萬元每噸。然而，隨著競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的加入和技術(shù)不斷成熟，市場(chǎng)價(jià)格逐漸下降。目前，市場(chǎng)普遍的均價(jià)約在10-20萬每噸。
目前來看，硅基負(fù)極電池技術(shù)正在進(jìn)入高速發(fā)展期，智能手機(jī)雖然仍處于低谷期，但每年約12億出貨量的產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍具有足夠大的體量。隨著技術(shù)的普及、均價(jià)的降低，每個(gè)人的手機(jī)都有6000mAh的大電池，每天只需要充一次電的日子，應(yīng)該不遠(yuǎn)了。（本文首發(fā)鈦媒體App 作者/吳泓磊 編輯/鐘毅，文中李明為化名）
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