
最近在星球里收到一个很有水平的提问,提问的朋友自己已经把现象、机理、结论都讲清楚了。我突然想到,这个问题,买手机的、做电池的的人都会遇到,就想聊一聊。
他的问题是:**
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我在做高硅方案验证(≥25%Si),固定电池型号和性能指标,发现掺硅量再往上加,唯一确定的好处就是负极克容量上去、负极占空间小了。但代价是一连串的:平台电压降、压实降、CB 值要拉大、配方里粘结剂导电剂比例上升、活性物质比例下降、正极发挥也跟着降。最后一算账,能量密度没怎么涨。
他问:那为什么大家还在卷硅含量?
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首先我要说的是:他观察到的现象是真的,机理分析也是对的。到了25%以上,再加硅的好处不明显,坏处却实实在在。那大家为什么还在卷硅含量,我聊聊我的看法。
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一、参数军备竞赛。
手机厂的电芯招标,硅含量是硬指标。你报 20%,别人报 25%,PPT 阶段你就被刷掉了,根本进不到测试环节。大家都知道边际收益低,但没人敢先停。停下来的那家先掉队。
这事儿和 OLED 淘汰 LED 有点像。OLED 的省电、色域、窄边框被反复宣传,频闪伤眼这事就没人愿意提。硅含量也一样,“30% 超高硅”写在发布会 PPT 上很好看,循环到 500 周容量保持率掉到多少,没人放在台面上讲。
二、体积,不是能量密度。
提问的朋友其实自己提到了这一点:负极占用空间减少。手机电池寸土寸金,特别是折叠屏、超薄机型,电芯厚度每减 0.1 mm,从取消耳机孔开始手机设计师就在想怎么变薄这件事,这是有原生驱动力的。而25% 掺硅相比纯石墨,负极极片厚度大概能薄 12-18%,这部分空间省出来可以加正极、可以做异形、可以让电池避让镜头模组、也可以给折叠屏。
三、高电压平台和快充逼着你掺硅。
现在 LCO 已经在往 4.5V、4.55V 走了。正极电位上去,负极在快充工况下嵌锂裕量就紧张,析锂风险陡增。纯石墨在 4.5V 体系下做 3C 以上快充,循环和安全数据都不太好看。硅的嵌锂电位比石墨高大概 0.1-0.3V,相当于多出来一段缓冲窗口,对快充和高压都是有帮助的。
四、关于下限电压降低这件事,我想多说两句
提问的朋友还问到,掺硅型号下限电压从 3.0V 降到 2.8V,对循环和膨胀有没有明显影响。
当然有,而且不小。但是大家在乎吗?
经常看评测机构视频的应该知道,手机的好坏对比,有一项是评测手机续航的,他们关心的是新手机充满电能用多久,而不是这个手机的电池循环寿命多少。但即便如此,我也希望我手机每次充电能用久一点,并不太关心什么时候电池寿命不行,大不了最后换块电池。当然我也不至于为了快充去买双电芯。
五、目前不同厂家走的技术路线,其实不太一样
主供苹果的走的是硅氧+ 预锂化路线,这条路最早、最深、专利壁垒最高。硅氧原生首效只有 75-78%,靠预锂化能拉到 86-88%,但工艺复杂,硅氧颗粒里的 SiO2 基体首次嵌锂时原位生成 Li2O 和 Li4SiO4,这些惰性相帮着缓冲膨胀,所以循环表现比硅碳稳。这条路线和它最大客户对一致性、对长循环的极致要求是匹配的。
动力为主的走的是硅碳+ 高镍三元的组合,主战场在大圆柱和方形动力电芯上。动力领域选硅碳的逻辑,快充倍率比硅氧好,而且动力电池循环要求是 1500-2000 周,靠 BMS 和成组工艺能补一部分体系层面的稳定性,不需要像消费类那样在单体层面把循环做到极致。消费类业务他们也做,但份额相对小。
主供安卓的走的也是硅氧路线,但商业化策略比第一家更激进,掺混比例往往推得更高,特别是在快充手机型号上。代价是工艺成熟度还在追赶,早期几代高硅产品在循环和膨胀上踩过坑,这事儿在某些安卓机型一年后的电池健康度数据里能看出痕迹。
这两年CVD 沉积的多孔碳基硅、硅氧硅碳复合结构、新一代纳米硅都在出来,硅氧和硅碳的边界也在模糊。这个分类可能过几年就淘汰了。
总之,每家公司都有自己的算盘。我不做评价。
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