电池容量大了iPhone快一倍，国产手机有啥新突破？

不知道为啥，今年的手机厂商也跟突然开悟了一样，除了摄像头都变大，电池好像也都变了。

看了几场发布会，他们几乎都跟约好了似的，扎堆在发各自的全新电池技术，什么青海湖、金沙江，还有啥冰川、蓝海，我勒个地理大发现啊……

有的老铁可能觉得，电池那玩意不年年都升级吗，这有啥稀奇的？

先别急，虽说电池容量确实每年都有一定程度的提升，我们也简单做了一个表，是把这几年主流旗舰的电量变化放一块儿，您再瞅瞅啊～

发现没，特别是这两年开始，各个厂商的旗舰机型电量都开始飙升，2022年以前基本上都在5000mAh以下这个档，但没过两年，现在都开始往6000去了。

就比如新出的米15，电池容量就已经到了5400毫安时，比米14多了将近800；隔壁vivo X200更是做到了6000，比路边的共享充电宝都高了不少，荣耀甚至都搞到了6600……

一些网友们也注意到了这事，同尺寸的手机今年比往年容量能多出20%以上，太夸张了也。

皮裤套棉裤，那必定是有缘故，差评君也很好奇，这到底是怎么个事。

差评君也去查了一下，发现这实际上是电池行业里技术进步了，不过不是搞上了固态，而是锂电池里的电极更新了。

图源一加

这么说吧，把锂电池做得又小又持久，其实一直都是电池行业奋斗的目标。

就手机而言，一个个都跟精密仪器一样，盖板底下的每一点空间都是寸土寸金。

想当年为了省空间，厂商还把不少差友钟意的机械式弹出摄像头都给砍了，更别说现在普遍都搞折叠，还把摄像模组做辣么大……

所以要想满足手机厂的小目标，电池就得做得更厉害，这样电量才多，还能省点空间干别的。

说实话，理论上这也不难，传统锂电池的电极这块儿用的是石墨，目前看起来比较可行的方案，只需要把电极换成硅就可以了。

为啥呢，电池充放电的本质，实际上就是离子在电池负极上进进出出的过程，所以只要这块电极能装更多离子，电量也就更大，而硅这玩意容纳锂离子的能力是石墨的24倍，提升一个数量级了都。

实际上早在1970年代开始，就有科学家开始往硅基锂电池上打主意了。

但效果嘛，都不太好……

原因比较怪，硅这玩意会跟锂离子形成合金，完事体积会膨胀300倍以上，这要放电池包里，那都早就不是一般的鼓包了，搞不好手机都会炸，所以一直没法落地。

于是科学家们想了个办法，不妨把硅掺一点在碳里，主体还是碳，硅顺便出出力就行，折衷一下嘛。

1995年，加拿大团队就合成出了Si-Carbon复合电极；1999年，中国工程院院士陈立泉也制备出来，每克容量甚至达到1700 mAh，相当于纯碳的4倍。

所以当手机厂商们遇到空间和容量既要又要的选择时，第一时间想到的也是硅碳电池。

2019年，小米在概念机MIX Alpha就首次采用了纳米硅电池；同年华为也申请了一项名为“硅碳复合材料及其制备方法和锂离子电池”的专利，其他厂商也纷纷跟进。

这也就是为啥2019年前后，手机电量有一波迅猛上涨的原因之一。（没错，最近这两年的上涨已经是第二波了）

不过，上面也说了，硅碳电池的本质其实就是把硅塞进碳骨架之内，这样即使发生膨胀，也会被限制住。

所以就像把大象装进冰箱里一样，要造出硅碳电池也有“获得碳骨架”“获得纳米级硅颗粒”“把纳米硅塞进去”这三个步骤。

而这段时间的第一代硅碳生产，靠的其实是研磨法，把硅和石墨烯放一起，通过机械外力研磨，一边把硅磨到纳米级别，一边硬塞进去，基本就属于纯纯的大力出奇迹。

虽说这研磨法也不是不能用，但毕竟还是太糙了，磨出来的纳米硅基本都在100纳米内这个级别。而硅这玩意越粗糙越大坨，膨胀起来也就更狠，所以这个级别做出来的硅碳电极，含硅量都在4%以下，不然就得撑炸了。

也正是这个原因，2019年这波电量上涨看着虽然也不少，但在掺硅这点上其实是收着了，还有提升空间。

所以这几年电池行业上游的厂商们，多数都在琢磨靠CVD气相沉积来搞硅碳。

具体就是让气态的硅烷经过化学反应，然后产生纳米硅颗粒，均匀铺在碳骨架里，这样完成填充。

相比研磨法，CVD的工艺更加复杂，直到2022年底，美国Group14公司才实现了技术突破；国内像天目先导这样的新锐厂家，也是在2023年上半年左右实现了CVD量产，这家公司核心团队正是来自上面提到的陈立泉院士。

所以说，到了2023年前后，硅碳电极的含硅量开始提升到6%以上，大规模稳定量产也基本解决了，于是手机厂商们也开始有了电池容量的暴涨。

虽然量产可能得益于供应链中的技术突破，但手机厂商们也有一些自己的创新，或是和电池供应商联合起来的发明。

比如荣耀的青海湖电池，在碳骨架上采用的就是碳纳米管而非石墨烯；小米的金沙江电池除了把硅含量做到6%，还搞了一个仿生自修复弹性薄膜来预防膨胀；还有vivo的蓝海电池，用上了半固态电解液啥的。

这也就是为啥这两年开始，手机厂的电池会不断变大了。

而从网友们的实际使用体验上来说，这几家新出的手机确实表现都比较持久，特别是在传统锂电池的弱点——低温情况下。

但作为一项新技术，看起来确实是不错，可代价又会是什么呢？

我们在一份硅碳行业内部的会议报告中看到，虽然现在大家搁手机上用得挺好，但这玩意在生产中，比如材料、工艺啥的上面，还是存在一些问题。

首先硅碳电池的成本就比传统锂电池高，比如说碳骨架这块儿就比较讲究，要让纳米硅塞进去碳骨架里，最好的原料得是多孔碳。

而报告中提到，在整个硅碳电极中，多孔碳是成本最高的地方。

图为天目先导的多孔碳-硅结构

行业内原先做多孔碳，原材料都是椰壳之类的，这种来自生物的多孔碳好处是便宜量大，但问题在于生物形成的多孔结构并不均匀，孔的分布和大小都不好控制；

现在虽然多数厂家都转向树脂炭了，但这玩意并不便宜，制作成本高、工艺还要改进，每吨的价格在30—50万元，是椰壳的好几倍。

另一方面，即便造出来树脂炭，还要另外再安排造孔，也就是给它打孔才能变成多孔碳。

但这造孔环节里又有各种专利保护，所以一些厂家干脆直接买国外的。

除此之外，硅碳电池的寿命还短，通常在500到600次循环之间，这远低于石墨电池的1000次以上。

原因还是膨胀的问题，负极表面的SEI（固体电解质界面）膜会因为硅的膨胀给撑裂，完事新暴露出来的硅又会持续生成新的SEI膜，然后继续破裂、产生，从而不断消耗锂离子和电解液。

而这个问题到现在也并没有出现彻底的解决方案。

也正是因为这个原因，硅碳电池在大电流情况下的性能也会变差，或许这也是现在手机快充给人感觉变慢了的原因。

所以不少专家觉得，硅碳电极这个技术方向在手机上确实可以搞搞，但在更高压，更需要稳定的场景（比如动力电池）上，可能还是需要时间去改进。

拿特斯拉来说，特斯拉的小圆柱电池良率可以达到98%到99%，但在大圆柱电池中想达到同样的能量密度，良率就降到了80%多。

因为硅碳负极材料会导致负极变薄，如果要做大容量，负极在圆柱电池中卷绕圈数就会增加，但工艺暂时又提不上来，所以会影响良率。

所以像宁德时代新一代的麒麟动力电池，走的就是硅氧路线而非纳米硅。

不过归根结底，就跟屏幕、解锁、人脸识别啥的一样，各个手机厂的新电池技术，本质上都来自供应链技术的成熟，只有行业内的基础问题得到解决，终端上才能迅速跟进，并把这些创新带来到大家面前。

而对我们吃瓜群众来说，这其实不影响大家买硅碳电池的手机。

毕竟这玩意虽说还有点问题，但手机的使用年限实际上就那三四年，等到电池寿命快不行的时候，手机也到了要换的时候了，正好买个新的。

虽然咱也不知道厂商们是不是也是这么想的，作为一个新技术，它原生的问题肯定也会有，但体积小容量大的电池，目前确实还是大势所趋，也没啥别的好办法。

所以说，该享受还是先享受着。

当然，如果你是钉子户，换块电池那也还能接着用。

图片、资料来源

Nature Energy:Silicon anodes.Yi Cui

Journal of applied physics：Nanodispersed silicon in pregraphitic carbons[J].

Electrochemical and solid-state letters：A high capacity nano Si composite anode material for lithium rechargeable batteries[J].

北京化工大学：锂离子电池碳负极材料的研究与开发.宋怀河

储能科学与技术：锂离子电池负极硅碳复合材料的研究进展.鲁豪祺

能源科学与技术：硅碳复合材料、电解液添加剂和粘结剂的研究进展.吴蒙静，徐晓雪

中国储能网：硅基负极新赛点：动力规模化应用“星辰大海”

中国粉体网：多孔碳材料：制备技术、应用前景与未来展望

前瞻产业研究院：中国硅碳负极材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告

中粉锂电：2022中国锂电池硅基负极材料十强企业榜单

国家材料腐蚀与防护科学数据中心，天目先导，宁德时代等，部分图源网络

本文来自微信公众号：差评X.PIN （ID：chaping321），作者：差评君，撰文：纳西，编辑：江江、面线