日本最大但的人文体艺术电池容量大了iPhone快一倍，国产手机有啥新突破？_Z日本最大但的人文体艺术AKER新闻
电池容量大了iPhone快一倍，国产手机有啥新突破？_Z日本最大但的人文体艺术AKER新闻
采伐结束后，农户们还要找人“旋地”，用拖着大轮胎的拖拉机带着旋地机器，将土壤上下翻转并混合，把地面整平。有时候，他们要亲自下地将地里的木疙瘩捡出来，开沟后再种上5元一株的海棠果树苗和2元一株的山杏树苗。每个步骤都是直接的经济支出——旋地是25元/亩，3000多株树苗花了1万多块，再加上合伙打水井和购买机器的费用，从去年开始，吴七林已经投了3万多元进去。有了这么多前期投入，他也不打算再种植玉米了，而是瞄准了花生这样的经济作物。
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 CuiJournal 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koa12jJid0DL9adK+CJ1DK2K393LKASDad
编辑:孙应吉
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