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(shu)呢？是不(bu)是真的？

有(you)報道指出美國(guo)電(dian)(dian)池(chi)制(zhi)造商Enovix在一(yi)塊0.27Ah的(de)硅負極動力電(dian)(dian)池(chi)單元上(shang)，成功(gong)實現(xian)0-80%充(chong)電(dian)(dian)只用5.2分(fen)鐘；0-98%充(chong)電(dian)(dian)在10分(fen)鐘以下(xia)的(de)6C快充(chong)。比美國(guo)先進電(dian)(dian)池(chi)聯盟(meng)（USABC）目(mu)(mu)前快充(chong)目(mu)(mu)標減少近(jin)2/3。而(er)且(qie)是在保證電(dian)(dian)池(chi)壽命的(de)前提下(xia)實現(xian)了這一(yi)數據。官方循(xun)(xun)(xun)環(huan)壽命數據：1000次循(xun)(xun)(xun)環(huan)后電(dian)(dian)池(chi)容量還(huan)能(neng)保持在93%，而(er)主流三元鋰電(dian)(dian)池(chi)1000次循(xun)(xun)(xun)環(huan)后，容量只能(neng)剩(sheng)下(xia)80%左右。在理論上(shang)證明(ming)了硅負極鋰電(dian)(dian)池(chi)，快充(chong)和電(dian)(dian)池(chi)循(xun)(xun)(xun)環(huan)兼(jian)得(de)的(de)可行性。

在官方新聞稿(gao)中，Enovix給(gei)出了兩個關鍵(jian)信(xin)息：硅負極材料，以(yi)及Enovix的獨家專(zhuan)利：3D Silicon電池(chi)結構。

先說硅負極材料

眾所周知，硅基負極材(cai)料(liao)比目前主(zhu)流(liu)的(de)石墨負極材(cai)料(liao)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(da)到4200mAh/g，相比之下，目前主流(liu)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(liang)=單位能(neng)量(liang)密(mi)度(du)×體積(ji)/質量(liang)”的(de)公式簡單推(tui)導，意味(wei)著硅基電池的(de)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)也可以達到(dao)石(shi)墨負(fu)極材料的(de)10倍以上。

其次，硅材料在地(di)球上的礦物(wu)儲(chu)量極為豐富，對環境本身更加友好，這(zhe)也是經濟和環境方(fang)面的優勢。

最后，石(shi)墨負(fu)極鋰(li)電池(chi)在充(chong)放電過程(cheng)中，會因為鋰(li)電鍍過程(cheng)而(er)(er)形成枝晶，從而(er)(er)可能穿透隔膜引起短路等(deng)安全問題，這也是影響鋰(li)電池(chi)充(chong)電速度(du)的重要(yao)因素，而(er)(er)硅元(yuan)素則(ze)可以抑制枝晶的生長，從而(er)(er)在充(chong)電速度(du)上形成優勢。

基于(yu)以上優勢(shi)，硅負(fu)極(ji)電池(chi)也被視為(wei)鋰(li)電池(chi)未(wei)來的(de)發展方向。

“未來(lai)”，代表(biao)(biao)趨勢，也代表(biao)(biao)還有未解決的問題，具體到硅負極電池(chi)而(er)言，如(ru)果想在(zai)電動汽車領域成功商(shang)業化，還需(xu)要消(xiao)除一個最(zui)重要的障礙：

充電膨脹(zhang)問題，資料表明硅嵌鋰(li)形成硅鋰(li)合金(jin)化合物的過程中，體積膨脹(zhang)可以達到(dao)300%-400%，遠(yuan)遠(yuan)高于石墨負極材料電池。

這一特征(zheng)有2個隱(yin)患：硅(gui)負極電(dian)(dian)池在充電(dian)(dian)過程(cheng)中會導(dao)致硅(gui)材料(liao)和導(dao)電(dian)(dian)劑脫離，導(dao)電(dian)(dian)性(xing)降低，結果是(shi)電(dian)(dian)池容量快速(su)衰(shuai)減，降低循環壽命。

巨大的膨脹變化(hua)會(hui)使電極膜變大開(kai)裂，最后使活性材(cai)料從集流體(ti)上(shang)脫落，造成電池(chi)內阻(zu)增加，發熱量加大，帶來嚴重(zhong)的電池(chi)安全問題(ti)。

因(yin)此(ci)，硅負極材料優勢(shi)(shi)很明顯，電池容量和能(neng)量密度有(you)巨大優勢(shi)(shi)，但劣勢(shi)(shi)同樣明顯：壽(shou)命短。這兩個問題，從當下純電動(dong)車動(dong)力電池的需求(qiu)角度看，幾乎就是原罪(zui)。

所以，Enovix如(ru)何(he)解決？

在這里，就要講到第二個關鍵點(dian)：3D Silicon電(dian)池結構。傳統(tong)的(de)纏繞式電(dian)池結構是將電(dian)池的(de)正負極(ji)和隔膜疊(die)加在一起(qi)，然后像卷(juan)紙(zhi)一樣卷(juan)起(qi)來。

傳統結構(gou)的缺點是(shi)，為了(le)(le)避免電(dian)池內部出(chu)現短路，隔膜通常(chang)比正負極做得更寬，浪費了(le)(le)儲能(neng)空間(jian)。

根據(ju)官方信(xin)息，這種結構設計參考了(le)芯(xin)片的(de)制造工(gong)藝。具體來(lai)說，就是用(yong)1毫(hao)米厚的(de)硅片做電(dian)池(chi)，用(yong)光刻的(de)方式在硅片上做凹(ao)槽(cao)，然(ran)后(hou)在凹(ao)槽(cao)中用(yong)電(dian)鍍的(de)方式鍍上電(dian)池(chi)的(de)導電(dian)層，然(ran)后(hou)在凹(ao)槽(cao)中再填充正極材料和隔膜。

根(gen)據官方(fang)數(shu)據，這(zhe)種結構(gou)可以將(jiang)儲能材料(liao)的(de)(de)空間利用率(lv)提高到75%，可以在(zai)單(dan)位容(rong)量上(shang)減小(xiao)電池(chi)體積(ji)。這(zhe)種電池(chi)結構(gou)除(chu)了提高容(rong)積(ji)外，更大的(de)(de)優勢在(zai)于，在(zai)保證高能量密度和(he)快充速率(lv)的(de)(de)基(ji)礎上(shang)，提升(sheng)了硅負極電池(chi)的(de)(de)循環次數(shu)和(he)使(shi)用安全。

而這方(fang)面，Enovix并未透露，但我們(men)在查(cha)閱Enovix相關(guan)的論文和專(zhuan)利時，發現(xian)了2個關(guan)鍵點：

一方面(mian)，是微觀層面(mian)，3D Silicon電池在硅(gui)板上蝕刻凹槽的時候，會提前為硅(gui)負(fu)極預埋空(kong)隙，用于解決硅(gui)嵌鋰過(guo)程中膨脹可以內部消化，而不至于擠(ji)壓(ya)電池空(kong)間，形成短路。

另一方面，3D Silicon電池還用到了一種(zhong)叫做BrakeFlow的(de)技術，來抑制電池在(zai)發生短路(lu)的(de)情況(kuang)下熱失(shi)控(kong)。

具體來說，就是在(zai)多個(ge)電池板疊加的(de)(de)情(qing)況下，在(zai)連接到每(mei)個(ge)單元的(de)(de)母線上設定一(yi)個(ge)固(gu)定的(de)(de)電阻，這(zhe)樣在(zai)內(nei)部短(duan)路的(de)(de)情(qing)況下，可以調通(tong)過(guo)BrakeFlow調節通(tong)過(guo)短(duan)路處的(de)(de)電流，限制讓短(duan)路區域(yu)過(guo)熱(re)出(chu)現熱(re)失控的(de)(de)情(qing)況。但(dan)這(zhe)個(ge)BrakeFlow的(de)(de)發生(sheng)機制和(he)背后原(yuan)理，Enovix官方并未透(tou)露。

最后(hou)，基(ji)于硅(gui)負(fu)極材料(liao)和獨特的電(dian)池(chi)(chi)結構(gou)設(she)計(ji)，硅(gui)負(fu)極電(dian)池(chi)(chi)具體(ti)表現怎(zen)么樣？Enovix放出了實(shi)驗(yan)結果:

基(ji)于一(yi)塊(kuai)0.27Ah的電池單(dan)元(yuan)，在4.2–2.5V電壓，6C充(chong)電倍率(lv)（電池容(rong)量的6倍）的情況下，實(shi)現了0-80%充(chong)電時(shi)間5.2分(fen)(fen)鐘，98%電量以(yi)上的充(chong)電時(shi)間保持在10分(fen)(fen)鐘以(yi)內(nei)。

同(tong)時，能(neng)夠在1000次以上循環充電后，依然保持93%的(de)電池(chi)容量，性能(neng)遠(yuan)遠(yuan)高于(yu)目(mu)前(qian)主流三元鋰電池(chi)1000次循環后容量80%左(zuo)右的(de)數據。

當然，這(zhe)只是在0.27Ah小(xiao)電(dian)池(chi)單元上實現的實驗數據(ju)，最(zui)終(zhong)能否(fou)成功(gong)商業(ye)化，還是個未知數。不過從官(guan)方的業(ye)務中可(ke)以(yi)看出，采用同(tong)樣結(jie)構(gou)的硅負極鋰(li)電(dian)池(chi)，已經在3C消費(fei)領域得到商業(ye)應用，據(ju)悉其產品能量密(mi)度可(ke)以(yi)達(da)到900Wh/L。而(er)根據(ju)Enovix此前的規劃，進軍電(dian)動車(che)動力電(dian)池(chi)領域，定在了2023-2024年。

伊(yi)斯(si)特化學主打產(chan)品：電子級N-甲基吡咯烷(wan)酮（NMP）和單壁碳納米管（SWCNT）。

N-甲基吡咯烷酮(tong)（NMP）屬于氮雜環化(hua)合物，是(shi)一種無毒性(xing)、沸點(dian)高(gao)、極(ji)(ji)性(xing)強、粘(zhan)度低、腐蝕性(xing)小、溶(rong)解(jie)度大，揮發度低，穩定性(xing)好，易回收的(de)(de)高(gao)效(xiao)選(xuan)擇性(xing)溶(rong)劑(ji)(ji)。是(shi)生產鋰離子電(dian)池非(fei)常(chang)重要(yao)的(de)(de)輔助(zhu)材料(liao)，一般(ban)作為正(zheng)極(ji)(ji)涂布溶(rong)劑(ji)(ji)，或作為鋰電(dian)池導電(dian)劑(ji)(ji)漿料(liao)溶(rong)劑(ji)(ji)。

單壁碳納米管（SWCNT）是鋰離(li)子(zi)電池的(de)一種新型導(dao)電劑，添(tian)加量少、能降低電極(ji)內阻、可改(gai)善常溫(wen)(wen)循環和高溫(wen)(wen)循環，提(ti)升能量密度(du)，為鋰離(li)子(zi)電池提(ti)供(gong)卓越的(de)導(dao)電性能。