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电池|10分钟充电98% 硅负极锂电池迎来重大突破！

硅负极锂电池，迎来一则最新进展：
美国电池制造商Enovix，在一块0.27Ah的硅负极动力电池单元上，成功实现0-80%充电只用5.2分钟；0-98%充电在10分钟以下的6C快充 。
比美国先进电池联盟（USABC）目前快充目标减少近2/3 。
而且，这个数据还是在保证电池寿命的前提下实现的，官方循环寿命数据：
1000次循环后电池容量还能保持在93%，而目前主流的三元锂电池1000次循环后，容量只能剩下80%左右 。
在理论上证明了硅负极锂电池，快充和电池循环兼得的可行性 。
而这背后的技术，正是Enovix的看家专利：3D Silicon电池结构 。
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兼顾使用寿命和速度，如何做到？
Enovix在官方的新闻稿中给出2大关键信息：
硅负极材料，以及Enovix的独家专利：3D Silicon电池结构 。
先说硅负极材料 。
众所周知的是，相比目前主流的石墨负极材料，硅基负极材料有2大优势：
首先，单位容量高，数据显示，采用硅作为负极材料的锂电池，理论容量可以达到4200mAh/g，相比之下，目前主流的锂电池单位容量则为365mAh/g，两者差距在10倍以上 。
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用“电池容量=单位能量密度 x 体积/质量”的公式简单推导，意味着硅基电池的能量密度也可以达到石墨负极材料的10倍以上 。
其次，也是经济和环境方面的优势，硅材料在地球的矿物储量中极为丰富，而且本身对环境更为友好 。
最后，石墨负极锂电池在充放电过程中，会因为锂电镀过程而形成枝晶，从而可能穿透隔膜引起短路等安全问题，这也是影响锂电池充电速度的重要因素，而硅元素则可以抑制枝晶的生长，从而在充电速度上形成优势 。
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基于以上优势，硅负极电池也被看作未来锂电池的发展方向 。
“未来”，代表趋势，也代表还有未解决的问题，具体到硅负极电池而言，想要成功在电动车领域商业化，还要扫除1个最重要的障碍：
首先，充电膨胀问题，数据显示，硅嵌锂形成硅锂合金化合物的过程中，体积膨胀可以达到300%-400%，远远高于石墨负极材料电池 。
这种特性有2个隐患：
硅负极电池在充电过程中会导致硅材料和导电剂脱离，导电性降低，结果是电池容量快速衰减，降低循环寿命；
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巨大的膨胀变化会使电极膜变大开裂，最终使活性材料从集流体上脱落，导致电池内阻增加，发热量加大，带来严重的电池安全问题 。
所以综合来看，硅负极材料优势很明显，电池容量和能量密度有巨大优势，但劣势同样明显：寿命短 。
这两个问题，从当下纯电动车动力电池的需求角度看，几乎就是原罪 。
所以，Enovix如何解决？
这里就要讲到第二个关键点：3D Silicon电池结构 。
先说传统的缠绕式电池结构，是将电池正负极以及隔膜叠加起来，然后像卷纸一样卷起来，差不多就是下面的样子：
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传统结构的缺点在于，为了避免电池内部出现短路，一般会将隔膜做的比正负极更宽，浪费了储能的空间 。
而3D Silicon电池结构，是这样的：
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根据官方信息，这种结构设计参考了芯片的制造工艺 。
具体来看，就是用一块1毫米厚的硅片来做电池，用光刻的方式在硅片上制造凹槽，然后在凹槽中用电镀的方式镀上电池的导电层，然后在凹槽中再填充正极材料和隔膜 。
官方数据显示，这种结构，能将储能物质的空间利用率提升至75%，可以在单位容量上减小电池体积 。
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