現在電池市場上快充電池技術是很熱門的話題，據行業資訊報道說10分鐘充電90%以上，這個是什么快充電池技術呢？是不是真的？

有報道指出美國電池制造商Enovix在一塊0.27Ah的硅負極動力電池單元上，成功實現0-80%充電只用5.2分鐘；0-98%充電在10分鐘以下的6C快充。比美國先進電池聯盟（USABC）目前快充目標減少近2/3。而且是在保證電池壽命的前提下實現了這一數據。官方循環壽命數據：1000次循環后電池容量還能保持在93%，而主流三元鋰電池1000次循環后，容量只能剩下80%左右。在理論上證明了硅負極鋰電池，快充和電池循環兼得的可行性。

在官方新聞稿中，Enovix給出了兩個關鍵信息：硅負極材料，以及Enovix的獨家專利：3D Silicon電池結構。

先說硅負極材料

眾所周知，硅基負極材料比目前主流的石墨負極材料有兩個優勢：

首先，單位容量高，數據表明，采用硅作為負極材料的鋰電池，理論容量可以達到4200mAh/g，相比之下，目前主流的鋰電池單位容量則為365mAh/g，兩者差距在10倍以上。

用“電池容量=單位能量密度×體積/質量”的公式簡單推導，意味著硅基電池的能量密度也可以達到石墨負極材料的10倍以上。

其次，硅材料在地球上的礦物儲量極為豐富，對環境本身更加友好，這也是經濟和環境方面的優勢。

最后，石墨負極鋰電池在充放電過程中，會因為鋰電鍍過程而形成枝晶，從而可能穿透隔膜引起短路等安全問題，這也是影響鋰電池充電速度的重要因素，而硅元素則可以抑制枝晶的生長，從而在充電速度上形成優勢。

基于以上優勢，硅負極電池也被視為鋰電池未來的發展方向。

“未來”，代表趨勢，也代表還有未解決的問題，具體到硅負極電池而言，如果想在電動汽車領域成功商業化，還需要消除一個最重要的障礙：

充電膨脹問題，資料表明硅嵌鋰形成硅鋰合金化合物的過程中，體積膨脹可以達到300%-400%，遠遠高于石墨負極材料電池。

這一特征有2個隱患：硅負極電池在充電過程中會導致硅材料和導電劑脫離，導電性降低，結果是電池容量快速衰減，降低循環壽命。

巨大的膨脹變化會使電極膜變大開裂，最后使活性材料從集流體上脫落，造成電池內阻增加，發熱量加大，帶來嚴重的電池安全問題。

因此，硅負極材料優勢很明顯，電池容量和能量密度有巨大優勢，但劣勢同樣明顯：壽命短。這兩個問題，從當下純電動車動力電池的需求角度看，幾乎就是原罪。

所以，Enovix如何解決？

在這里，就要講到第二個關鍵點：3D Silicon電池結構。傳統的纏繞式電池結構是將電池的正負極和隔膜疊加在一起，然后像卷紙一樣卷起來。

傳統結構的缺點是，為了避免電池內部出現短路，隔膜通常比正負極做得更寬，浪費了儲能空間。

根據官方信息，這種結構設計參考了芯片的制造工藝。具體來說，就是用1毫米厚的硅片做電池，用光刻的方式在硅片上做凹槽，然后在凹槽中用電鍍的方式鍍上電池的導電層，然后在凹槽中再填充正極材料和隔膜。

根據官方數據，這種結構可以將儲能材料的空間利用率提高到75%，可以在單位容量上減小電池體積。這種電池結構除了提高容積外，更大的優勢在于，在保證高能量密度和快充速率的基礎上，提升了硅負極電池的循環次數和使用安全。

而這方面，Enovix并未透露，但我們在查閱Enovix相關的論文和專利時，發現了2個關鍵點：

一方面，是微觀層面，3D Silicon電池在硅板上蝕刻凹槽的時候，會提前為硅負極預埋空隙，用于解決硅嵌鋰過程中膨脹可以內部消化，而不至于擠壓電池空間，形成短路。

另一方面，3D Silicon電池還用到了一種叫做BrakeFlow的技術，來抑制電池在發生短路的情況下熱失控。

具體來說，就是在多個電池板疊加的情況下，在連接到每個單元的母線上設定一個固定的電阻，這樣在內部短路的情況下，可以調通過BrakeFlow調節通過短路處的電流，限制讓短路區域過熱出現熱失控的情況。但這個BrakeFlow的發生機制和背后原理，Enovix官方并未透露。

最后，基于硅負極材料和獨特的電池結構設計，硅負極電池具體表現怎么樣？Enovix放出了實驗結果:

基于一塊0.27Ah的電池單元，在4.2–2.5V電壓，6C充電倍率（電池容量的6倍）的情況下，實現了0-80%充電時間5.2分鐘，98%電量以上的充電時間保持在10分鐘以內。

同時，能夠在1000次以上循環充電后，依然保持93%的電池容量，性能遠遠高于目前主流三元鋰電池1000次循環后容量80%左右的數據。

當然，這只是在0.27Ah小電池單元上實現的實驗數據，最終能否成功商業化，還是個未知數。不過從官方的業務中可以看出，采用同樣結構的硅負極鋰電池，已經在3C消費領域得到商業應用，據悉其產品能量密度可以達到900Wh/L。而根據Enovix此前的規劃，進軍電動車動力電池領域，定在了2023-2024年。

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