9月,各大手机品牌密集释出新品。这一季的手机新品中,“硅负极电池”成为各品牌着力打造的卖点。
5日晚,OPPO Find系列产品负责人披露,OPPO Find X8系列将全系采用宁德新能源(ATL)冰川电池。10日,华为在新品发布会宣称,三折叠手机Mate XT中使用了“全球最薄硅负极大容量电池”。包括此前的荣耀青海湖电池、小米金沙江电池、vivo蓝海电池都为硅负极电池。
硅负极电池已成为新品手机的共同选择,目前硅负极电池已在消费电子、电动工具领域中大规模渗透。
在消费电子领域,以手机的折叠屏风潮为例,手机等电子产品对电池的轻量化、高比能诉求愈发突出,以灵活适配电子产品外形的改变。
硅材料的理论容量高达4200mAh/g,掺混于石墨负极中可为电池能量密度带来直接增益,以有限的体积为电子产品提供更长续航。
消息称,6000mAh水平的超大容量硅基负极电池将成为国内OPPO、华为、荣耀、小米、vivo等手机品牌未来的标配。本次华为新品三折叠Mate XT便是将三块独立电池安置于三个不同的机身部分,共同构成了一个5600mAh的庞大电池组,保证更长续航。
在电动工具、小型无人机等领域,硅基负极电池同样得到了广泛应用。尤其在以高倍率圆柱电池驱动应用场景中,其电池产品中都都硅基负极应用。在这一领域中,亿纬锂能、比克电池、新能安等企业在电动工具锂电池出货方面均表现出强劲的增长势头。
尽管硅基负极电池在上述领域已实现强劲渗透,但动力电池是对循环、成本更为严苛的应用场景,在导入动力电池领域时,硅基负极仍面临循环性能和工程化两大核心难题。
首先是循环性能问题,硅基负极材料在充放电过程中容易发生体积膨胀和收缩,导致电池结构破坏和性能下降。因此,提高硅基负极电池的循环性能是导入动力电池领域的关键。目前,企业正在通过改进材料结构、优化电解液配方等方式,来提高硅基负极电池的循环性能。
其中,CVD多孔硅碳是近两年硅基负极企业的集中尝试,近年来加速导入市场。这项兴起于海外的多孔硅碳负极技术,通过向多孔碳前驱体的孔隙里加入硅纳米颗粒形成硅碳复合材料,以碳为支架结构的思路改善了硅基负极在充放电过程中因材料结构分解而失效的问题。
即便这一路线已能做到降低膨胀、提高循环,但据动力电池端反馈,电池企业还希望硅基负极的膨胀还能得以进一步控制。
其次,硅基负极在工程化上仍面临较大的难题,这也影响了硅基负极降本还不及预期。尤其是CVD多孔硅碳在生产中涉及危险气体硅烷气,碳骨架的制备、选型同样不容易,技术壁垒较高。据了解,百吨级为这一路线的规模化门槛。
另一制备方法砂磨纳米硅碳则要求既要做到硅粉纳米尺度极细又要实现均匀分散,工程化难度同样不低。
整体看来,硅基负极产业在在材料性能、产量规模已足以适配消费电子、电动工具等领域的需求,但面对动力这一更大的应用市场,硅基负极无论是想要提高掺混比例、还是扩大渗透规模,其技术路线的选择、产品的膨胀控制、循环性能仍需做持续突破。