10倍优势高能续航硅碳负极电池突破成就华为Mate XT黑科技

  9月10日，华为发布了全球商用三折折叠屏手机Mate XT，拥有10.2英寸屏幕，最薄至3.6毫米，消费者感叹其折叠屏的“黑科技”同时， 也惊喜发现如此轻薄的手机能做到可靠持久续航。

  其中的秘诀之一是，Mate XT采用全新架构硅负极大容量电池，厚度压缩至1.9毫米，以致于华为发布会上用“薄如蝉翼”形容，容量却能达到5600mAh。

  经过十余年的发展，智能手机早已是一片红海，电池却在竞争中却屡被忽视。究其原因主要在于传统锂离子电池发展已经陷入瓶颈，鲜少出现革命性的技术突破，十余年来几乎都是在“螺蛳壳里做道场”。

  IDC中国研究经理郭天翔在接受21世纪经济报道记者正常采访时表示，之前的电池方案更多用于提升快充功率，但是快充效率在超过一定数值后，消费者提升感知显而易见地下降，并且出现散热、安全和重量等问题，快充功率提升进入瓶颈。随着上游供应链电池有关技术的进步和提升，近两年厂商把目标转向了提升电池容量。

  有技术资料显示，硅碳负极电池技术利用了硅材料，其理论克容量优势约为石墨材料的10倍，在提升电池性能和能量密度方面取得了显著突破。

  从2023年开始，手机生产厂商开始将新的电池技术作为卖点，诸如荣耀的青海湖电池、小米的金沙江电池、一加的冰川电池和vivo的蓝海电池等一众“水系电池”。

  其中，小米14 Ultra金沙江电池容量为5300 mAh相比于上一代提升了300 mAh，单位体积内的包含的能量也来到了779Wh/L，体积还减少了8%；一加 Ace 3 PRO的冰川电池，容量为6100 mAh，比上一代增加了1100 mAh。

  “水系电池”相比于以往，在体积没有较大改变的情况下，均实现了容量的突破。而拨开它们的神秘面纱，这些概念名词归根结底都应该统称之为“硅碳负极电池”。

  在硅碳负极电池还没再次出现之前，若想实现更高的续航，最为简单粗暴的方式便是堆积电池，拿体积换容量。而当需要给其他配置腾空间的时候，又不得已牺牲电池容量。

  荣耀则是最早将硅碳负极这一技术进行大规模商业化应用的手机生产厂商，旗下青海湖电池跨过了5000mAh的容量瓶颈。

  “当时我们整个电池领域的团队都想放弃，要不Magic5系列就先不上这个电池了。”2023年初，荣耀产品领域专家曹工曾向记者回忆了研发的艰难时刻。

  不过，青海湖电池并未在Magic5系列中取得多大的声量，反而是后来推出了两款折叠屏手机Magic V2和V Purse，助力荣耀折叠屏市占率大增才取得成功，闭合形态厚度仅9.9mm的Magic V2更是带着折叠屏手机进入毫米级时代。

  IDC多个方面数据显示，2024上半年，荣耀在国内折叠屏市占率持续提升，已达到23.3%，仅次于华为的42.7%。

  郭天翔向记者表示，硅碳负极电池体积可以大幅减小，手机得以更加轻薄，非常适用于折叠屏手机。因此，也有更多的空间给到其他器件，比如影像模组，厂商之间也不用再拼快充速度了。

  此后，其他手机生产厂商纷纷跟进，甚至在对硅碳负极电池的命名上都离不开“江河湖海”。

  值得注意的是，华为硅碳负极布局已久，早在2019年，华为申请了一项名为“硅碳复合材料及其制备方法和锂离子电池”的专利，这项专利涉及硅碳复合材料的使用，旨在延长电池的常规使用的寿命并提高其性能。

  “目前来看，各大厂商不只是旗舰机，连中低端产品也用上了硅碳负极电池。未来一段时间硅碳负极电池都会成为各品牌主推的方向。”郭天翔谈到。

  尽管在2024年的当下，各大手机生产厂商早已将各自的电池方案摆上台面，但真正推动硅碳负极技术的发展，则要归功于新能源汽车。

  自锂离子电池问世以来，四大主材（正极、负极、隔膜和电解液）就从未改变过，电子通过在正负极之间的迁移实现充放电的过程。

  因此，决定一块电池续航的长短，主要根据正极和负极。如今在新能源汽车上大规模应用的磷酸铁锂电池和三元锂电池，即正极为“磷酸铁锂”和“三元锂”。

  另一方面，很长一段时间，锂电池负极材料大多为石墨，石墨拥有良好的导电性能和稳定的循环性能，因而受到电池厂商的青睐。

  但归根结底，石墨的理论容量早已被人类开发到极限。研发人员开始对负极材料来创新，经过一番翻阅元素周期表后，人们发现了碳元素的同族兄弟“硅”，两者化学性质相似。荣耀专家称，硅的克容量大约是石墨的十倍。

  “负极石墨中掺硅能有效提升电池的单位体积内的包含的能量，由于硅单体容量高，加入后能提高负极的容量，进而提升电池的单位体积内的包含的能量。”贝特瑞（835185.BJ）相关业务负责人在接受记者正常采访时表示。

  如果说荣耀在手机界尝鲜硅碳负极电池大获成功，那特斯拉则是真正将硅碳负极应用到电池的第一推手。

  公开资料显示，2020年，特斯拉与松下联合开发的21700电池，相比于之前的18650电池单位体积内的包含的能量提升约20%，当中的重要的条件之一是在电池负极中首次掺入硅元素。

  特斯拉创始人马斯克很早便意识到，石墨会成为横亘在单位体积内的包含的能量提升面前的一道难关，于是打起了负极的主意。

  遗憾的是，硅拥有致命弱点，硅在充电结合了大量锂离子电池之后，体积会大量膨胀；放电时候又会收缩，充放电次数过多，硅便易发生粉碎现象，电池的循环次数岌岌可危。

  “好在少量添加硅并不可能会产生电池鼓包的情况，硅的含量主要是应保证其膨胀等性能满足电芯要求的情况下添加。”贝特瑞相关业务负责人称。

  公开信息显示，小米金沙江电池、vivo的蓝海电池、一加的冰川电池硅含量都是6%，冰川电池单位体积内的包含的能量提升到763Wh/L；荣耀的青海湖电池第三代硅含量则达到了10%，单位体积内的包含的能量实测值高达773Wh/L。

  此前，材料学家采用的是硅合金化嵌锂方式也导致其容量高的同时膨胀较大，在其膨胀收缩过程中，承受的应力较大，容易粉碎。

  上述负责人补充道，但当硅颗粒尺寸到纳米级别时，因纳米效应，虽然仍在存在膨胀的情况，但是硅颗粒稳定很少会出现因膨胀而粉碎的情况，目前贝特瑞的硅负极产品中的硅颗粒均是纳米级别，很大程度上改善了这一问题。

  从技术层面走通了硅碳负极的产业化路径，剩余的便是考虑其经济性，好在碳酸锂价格持续下降，给电池降本提供了空间。

  IDC中国研究经理郭天翔表示，目前看，电池技术每年都有某些特定的程度的提升，电池容量每年差不多以10%的速度增长。去年厂商的方案大多为5000毫安时，今年升级为5500毫安时，预计明年将普及6000毫安时，手机生产厂商电池电容量升级负担并不大。