当我们在讨论动力电池的技术未来发展方向之时，注意力都放在了正极材料、电池形态、电解质类型等方向，而多数新闻报道的也是正极材料如三元锂电池原材料又开始涨价的新闻。

孰不知电池负极材料的更迭却在悄悄进行，将会引起下一代电池技术的变革。

石墨负极电池的盛行

当前阶段，不论是三元锂电池还是磷酸铁锂电池，其负极材料都是石墨负极。在早年间，随着数码3C产品的出货量增加，以石墨为负极的锂电池开始成为行业内霸主。2011年，天然石墨已经成为市场占比最高的材料，市场占比高达59%；人造石墨以30%的市场份额排名第二。2015年，天然石墨负极的占比下降至55%，并在2020年骤降至16%；人造石墨负极的市场占比则由30%一路提升至84% 。

这是因为从2015年开始，新能源汽车产业开始迅速爆发，人造石墨负极具备长循环寿命和快速充放电两方面的优势，而这两种性能也正是新能源汽车所需要的点，因此动力电池厂商一致选择价格稍贵的人造石墨作为主流路线。

硅基负极时代将逐渐开启

为什么业界会认为特斯拉4680电池开启了大圆柱电池时代？因为在这一电池之中，特斯拉在电池负极增加了硅基材料，用以逐渐替代以往的石墨材料。

说到这儿，我们就要说到一个决定电池负极材料优劣的名词——电池比容量。

比容量对提高电池能量密度起着至关重要的作用。一种是质量比容量，即单位质量的电池或活性物质所能放出的电量；另一种是体积比容量，即单位体积的电池或活性物质所能放出的电量。

人造石墨的比容量是310~370mAh/g，而硅基负极比容量比人造石墨高出了约580mAh/g，且在自然界中硅的储量非常丰富，成本低无污染，能防止锂枝晶的出现不出现电池短路的情况，安全性会更好。因此，对于石墨负极而言现阶段已经能够达到360-365mAh/g，几乎达到理论比容量372mAh/g的天花板级别，硅基负极电池技术有了弯道超车的机会。据研究硅基负极对电池能量密度的提升可达8%以上。

那为何这么多年以来，硅基负极也并没有大规模商用，是什么原因将其限制？

硅的电导率(10-5～10-3S/cm)和锂离子扩散系数较低(10-14～10-13cm2/s)，且硅晶体是正四面体结构，在充放电时会出现巨大的体积膨胀(膨胀率可达到300%)，使得电池内部电化学反应迅速恶化，非常危险。

对于这个问题，科研人员采用的办法是将硅通过纳米技术改进，减小硅材料的尺寸、制备纳米化结构的硅材料，减轻其体积效应带来的不利影响，从而提高其循环寿命。纳米硅可以消除充放电过程的机械应力，尺寸小于150nm的硅负极颗粒在脱嵌锂时即使体积改变，也不会开裂。

如此一来，硅基负极的短板劣势得以解决，其优势也就进一步突出，得到业界认可，开始走向商业化大规模量产的正轨。

写在最后

硅基负极技术的难点在一点点被攻克，目前虽然还无法实现全硅负极，主流的方式是将硅掺杂到石墨负极之中混合使用。即便如此，也对电池能量密度和续航有了巨大提升，据悉特斯拉4680电池负极之中增加硅基材料比例之后续航提升高达16% 。

由此可见，硅基负极材料的渗透率在逐步提升，其大规模商业化应用未来可期，这也让电池企业对于电池续航的提升有了新的技术发展方向。

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