近年来，硅基负极材料在智能手机领域的应用逐渐受到关注。
2023年2月27日，荣耀 Magic 5 Pro正式亮相，其是首款将硅碳负极电池技术商用的智能手机；2024年2月22日，小米14 Ultra正式发布，该机型配备了硅碳负极金沙江电池，体积更小、电量更足；近日，供应链消息透露，vivo将推出采用新一代硅碳负极材料的蓝海电池，其能量密度较普通石墨负极电池高出约20%，比极限石墨负极电池高出约16%。该电池将由vivo S19系列手机搭载，宁德新能源供货。
锂电池由正极、负极、电解液和隔膜四个部分组成。根据正极材料的不同，锂电池可以分为磷酸铁锂电池、钴酸锂电池和三元电池等类型。长期以来，锂电池的负极主要使用天然石墨或人造石墨。
电池的能量密度，即电池容量与体积的比值，由正极和负极的材料共同决定。目前，天然石墨负极的实际克容量约为360-370mAh/g，人造石墨负极的实际克容量约为340-360mAh/g。相比之下，硅负极的理论克容量可达4200mAh/g，远远超过了石墨材料，被视为提升电池性能最有效且可行性最强的材料。
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硅碳负极作为硅基负极材料的一个主要分支，具有稳定性好、体积变化小和导电性优异等特点。但硅碳负极也存在体积膨胀效应、循环寿命差等问题。在硅与锂进行电化学反应时，其体积可能膨胀至300%，这在电池领域是无法接受的。
当前业界采取的最优解决方案是开发硅碳混合掺杂负极材料，即以单质硅为基质并与碳材料进行复合，其中硅的含量大约在1-5%。这种材料的优点在于容量及首充效率较高。关于硅碳复合材料的具体制备方法，具有多种技术路径和工艺手段，包括纳米化处理、表面改性、包覆技术等。这些技术的核心在于增加锂离子嵌入活性位点和扩散通道的数量，确保在硅膨胀后不会引发电池的膨胀变形。这样，硅基负极能够在保持较高克容量的同时，满足快速充电所需的高倍率性能要求。
从理论上讲，硅基负极电池应当具备较长的使用寿命，但在实际小规模应用中，硅碳负极电池的循环寿命通常在500至600次之间，这明显低于石墨负极电池普遍高于1000次的水平。不过，硅基负极电池更高的能量密度始终是优势所在，只是目前较低的循环寿命和较高的成本限制了其在一些产品中的应用。只有部分高端智能手机等少数产品有能力并愿意采用，例如小米 11 Pro/Ultra 、荣耀 Magic5 Pro等。
尽管硅基负极电池在使用寿命方面的表现不尽如人意，一定程度上限制了其在新能源汽车领域的推广和应用。但对于智能手机产业而言，由于其固有的较短换机周期以及相对便捷、便宜的更换方式，对电池循环寿命的要求较为宽松，扫清了硅基负极电池在智能手机领域普及的障碍。据业内人士透露，随着硅碳负极电池技术的快速推广，预计在2024年将有一大批容量高达6000mAh的智能手机上市。
手机电池技术的发展趋势是向着充电速度更快、体积更轻薄以及容量更大的方向迈进。尽管硅基负极电池在大规模生产和成本方面仍面临挑战，但最核心的一点即市场对于更高能量密度电池的需求迫在眉睫，而石墨负极材料在理论上已接近其性能极限，无法满足未来的发展需求。而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。
未来，随着技术的不断进步，硅在硅碳负极电池中的含量有望进一步提高，从而推动电池实际克容量的不断增加。再加上各大企业和电池厂商的押注，我们相信硅碳负极材料将迎来更为广阔的市场。
