矽負極電池為什麼之前一直沒普及 小米回應:有三大難題

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快科技10月20日消息,今年小米17發布之後,7000mAh徹底解決了6.3英寸小直屏機型的續航痛點,在相同體積下,電池容量增加了數百毫安時。

這就是因為小米金沙江電池技術的突破,採用了矽負極技術,能量密度達到894Wh/L。

那矽負極這麼厲害,為什麼一直沒普及?是不是有什麼技術困難?

小米今天在問答中表示,矽負極確實有個技術難關。

充電時,鋰離子從正極脫出嵌入矽負極材料,矽顆粒像吸水的海綿一樣膨脹,體積可以增大300%;放電時,鋰離子從負極脫出,矽顆粒又收縮回去。這種劇烈的「呼吸」會導致三個問題:

第一,矽顆粒反覆膨脹後會碎裂,碎裂後的矽無法正常工作,電池容量快速衰減。

第二,矽顆粒之間原本有導電通路連接,膨脹收縮會讓這些「道路」斷裂,電流傳輸受阻,手機越用越慢。

第三,電池內部應力不均勻,有的地方緊繃,有的地方鬆弛,長期下來可能引發安全隱患。

所以過去十年,雖然大家都知道矽好,但真正敢大規模商用的不多。用戶可不想買一部手機,半年後電池就廢了。

為攻克難點,小米從四個層面給矽材料套上了「韁繩」。

讓矽顆粒長成完美的球形

小米開發了「球狀」矽碳材料,用顯微鏡觀察它就像一顆顆精密打磨的微型球體。球形結構受力均勻,不會在某個點產生應力集中,膨脹時也更「優雅」。

設計雙層結構極片

想像一棟大樓,底層是堅固的鋼筋混凝土,頂層是可以晃動的隔震層。地震來了,頂層晃幾下沒事,底層依然穩如磐石。小米的負極就是這樣:下層是純石墨,提供穩定的「地基」;上層摻雜矽碳,負責提升容量。矽的膨脹被約束在上層,下層石墨始終保持穩定。

給矽顆粒穿上「柔性鎧甲」

小米在負極中加入了網狀粘結劑和碳納米管。網狀粘結劑構建三維網絡結構,如同給每個矽顆粒穿上一件柔性鎧甲,即使矽膨脹,鎧甲也能跟著伸縮。碳納米管就像密集的高速公路網絡,即使某些矽顆粒碎了,導電通路斷了,電流也能迅速找到備用路線。

搭建強銅箔「地基」

傳統銅箔在高矽含量下容易變形,小米通過超細晶粒結構優化,讓銅箔強度提升75%以上。

通過這套組合拳,小米將矽碳含量提升到16%,負極克容量整體提升25%。配合4.55V高電壓鈷酸鋰正極和優化的電解液,最終實現894Wh/L的能量密度。


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