矽負極電池1000次循環仍剩83%：Fraunhofer實驗解析與上車距離

 


結論先講：Fraunhofer ISE 用含矽量很高的負極，做出 25 Ah 軟包電芯，跑超過 1,000 次完整充放電後還剩 83% 以上容量，能量密度 280 Wh/kg。但這個成績有個前提：電芯得用 1,000 kPa 的力量壓住。矽負極「會膨脹」這個老問題沒有消失，只是被工程手段控制住了。

一、實驗做了什麼

這是 StrOboBatt 計畫（德國聯邦經濟部資助，夥伴有 PCC Thorion、Glatt 等）的成果，2026/10/20 發布。電芯有 40 層電極、容量 25 Ah，用的是市售電極箔：負極是矽碳／石墨混合，矽碳複合材料佔負極活性材料 51%，比容量超過 1,000 mAh/g、面容量超過 5 mAh/cm²；正極是高鎳 NMC。測試方式是 1C（一小時充滿、一小時放完），並在 300 kPa 和 1,000 kPa 兩種軸向壓力下比較。官方說換成量產優化的電芯格式，預估可到約 330 Wh/kg。

二、矽為什麼又強又難搞

石墨的理論比容量約 372 mAh/g，矽約 10 倍（官方說法），所以加矽能讓同重量的負極裝更多鋰。代價是矽吸滿鋰後體積會膨脹約 300%。每次膨脹再收縮，顆粒表面那層保護膜（SEI）就會裂開，再長出新的一層。每長一次都會吃掉一些鋰和電解液，可用的鋰越來越少，壽命也就跟著縮短。顆粒還可能和導電網路、集電箔分離，變成用不到的「死矽」。

三、怎麼壓住它

業界常見的解法有三種：①矽碳複合：把奈米矽放進多孔碳骨架，替膨脹預留空間，再和石墨混用，降低整體膨脹量；②彈性黏著劑：讓電極被拉伸時不容易散掉；③預鋰化：先補一部分鋰，抵銷首圈形成 SEI 消耗掉的鋰。這次實驗另外證明了外部加壓的效果：在 1,000 kPa 下能維持 83%，在 300 kPa 下衰退明顯比較快。壓力讓界面阻抗變低，電極也比較不會剝離。（Fraunhofer 是否同時用了預鋰化或特殊黏著劑，待核）

四、離上車還有多遠

官方也提醒：用低電流量到的剩餘容量，和實際 1C 運轉時能用的容量，差距會越來越大。換句話說，「剩 83%」不等於開車時還有 83% 的續航。【推論】電池包要長期穩定給電芯 1,000 kPa（約 10 kg/cm²）的壓力，模組結構會更重、更貴，可能吃掉一部分能量密度的優勢。實驗沒公開溫度與放電深度，而車用電池還要面對冬季低溫、快充和高溫停車。我認為比較實際的路線是先「小比例摻矽」，像BMW 第六代電池那樣在負極補一點矽，比較可能先量產。正極這端的進展可以對照無鈷高鎳那篇，固態電池的評估方式則可以看固態標準。

待核清單

  • 測試溫度、放電深度與截止電壓（新聞稿未公布）

  • 高鎳 NMC 的確切配比（NMC811 或其他）

  • 是否使用預鋰化或特殊黏著劑

  • 矽膨脹約 300%、石墨 372 mAh/g 是教科書通用值，不是這次實驗量到的數字

你覺得矽負極會先出現在電動車，還是先出現在手機和無人機？留言聊聊。

資料來源：
 Fraunhofer ISE 新聞稿（2026/10/20）
 Fraunhofer ISE StrOboBatt 計畫頁
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