图/美国能源部

在充电过程中，正极的锂离子脱嵌经过内部的电解液，穿过隔膜嵌入到负极（通常是石墨）；反过来在放电过程中，负极的锂离子则是脱嵌经过电解质、穿过隔膜嵌入到正极。正负极材料的比容量，又即单位质量的电池或活性物质所能放出的电量，将在很大程度上影响电池的能量密度。

目前正极材料已经有了大量的选择，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石墨，包括人造石墨和天然石墨在 2021 年占据了所有负极材料出货量的 98%，包括硅基负极在内的其他负极材料，出货量仅有 2%。

如果从性能角度，石墨负极在各方面都不是最好的，理论比容量只有 340~370mAh/g，之所以能够占据绝对的主流，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，从行业到用户，电动汽车对提高电池能量密度这件事充满了渴求，在石墨负极绕不开性能极限的背景下，选择更换性能更高的硅基负极材料几乎是一种必然的选择。

理论上，硅基负极材料的比容量可以高达 4200mAh/g，是石墨负极理论极限的近 12 倍，也是目前已知比容量最高的电池负极材料。即便是目前仅仅小规模应用的硅碳负极和硅氧负极材料，实际比容量也分别达到了 450mAh/g 和 450~500mAh/g。

4680 电池，图/特斯拉

具体到实际应用，最明显的感知就是电池能量密度的提高。采用硅碳负极的特斯拉 4680 电池能量密度达到了 300Wh/kg，特斯拉声称，其能量是 2170 电池的 5 倍，车辆续航里程也提高了 16%。

电车核心，手机捡漏？硅基负极的「小」问题

两年多过去了，我们还是没有看到特斯拉 4680 电池的大规模量产交付。一方面是硅基负极电池的美好前景，但另一方面也面临很多挑战，其中一个就是现有硅基负极的循环寿命问题。

理论上，硅基负极电池应该是一种高寿命电池，但目前小规模应用的硅碳负极电池循环寿命普遍落在在 500~600 次，大幅低于石墨负极电池基本高于 1000 次的水平。

更大的问题是，手机等 3C 产品对电池充放电循环寿命的要求一般在 600 次，无人机约为 200 次，但对于汽车来说，国标对动力电池的循环寿命要求是 1000 次以上。换句话说，现有的硅基负极电池根本达不到国标的上车要求。

不过，硅基负极电池更高的能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产品采用，只有高端智能手机等少数产品有能力并愿意采用，这也是为什么我们会在小米 11 Pro/Ultra 和荣耀 Magic5 Pro/至臻版上看到硅基负极电池。

硅基负极电池市场趋势预测，图/贝特瑞

但毫无疑问，硅基负极材料在动力电池的应用才是最关键的一环，绕开中国电动汽车市场几乎是无法想象的。而硅基负极电池的寿命过低，一个主要的原因在于，硅基负极材料的充放电膨胀率超过了 300%，石墨负极一般只在 12%~15%。过高的膨胀率导致硅颗粒可能破裂并造成电极失效，引起锂离子迅速衰减，影响电池循环性能。

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 电池仍然还在小批量生产，只有少量美国市场的 Model Y 搭载交付。

尽管特斯拉方面量产受阻，但电池厂商还在加速布局硅基负极，包括宁德时代、比克、亿纬锂能、蔚蓝等国内电池厂商都在推进 4680 项目落地，其中宁德时代麒麟选用预锂硅氧代表着硅负极在方型电池的成功应用，仅 2023 年就有 10Gwh 生产计划。

另一边，特斯拉的 4680 电池依然可能是 2023 年硅基负极电池的出货主力，同时松下、LG 等海外电池厂商也要在今年开始 4680 电池的量产。

诚然，硅基负极电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所提，电动汽车急需更高能量密度的电池，而石墨负极在理论上已经无法满足发展的空间，硅基负极则是目前理论效率最高且距离产业化最近的材料。再加上各大车企和电池厂商的押注，当下的挑战，硅基负极产业来说：

只是黎明前的黑暗。

题图来自荣耀返回搜狐，查看更多