不知道為啥，今年的手機廠商也跟突然開悟了一樣，除了攝像頭都變大，電池好像也都變了。

看了幾場發布會，他們幾乎都跟約好了似的，扎堆在發各自的全新電池技術，什么青海湖、金沙江，還有啥冰川、藍海，我勒個地理大發現啊……

有的老鐵可能覺得，電池那玩意不年年都升級嗎，這有啥稀奇的？

先別急，雖說電池容量確實每年都有一定程度的提升，我們也簡單做了一個表，是把這幾年主流旗艦的電量變化放一塊兒，您再瞅瞅啊～

發現沒，特別是這兩年開始，各個廠商的旗艦機型電量都開始飆升，2022年以前基本上都在5000mAh以下這個檔，但沒過兩年，現在都開始往6000去了。

就比如新出的米15，電池容量就已經到了5400毫安時，比米14多了將近800；隔壁vivo X200更是做到了6000，比路邊的共享充電寶都高了不少，榮耀甚至都搞到了6600……

一些網友們也注意到了這事，同尺寸的手機今年比往年容量能多出20%以上，太夸張了也。

皮褲套棉褲，那必定是有緣故，差評君也很好奇，這到底是怎么個事。

差評君也去查了一下，發現這實際上是電池行業里技術進步了，不過不是搞上了固態，而是鋰電池里的電極更新了。

圖源一加

這么說吧，把鋰電池做得又小又持久，其實一直都是電池行業奮斗的目標。

就手機而言，一個個都跟精密儀器一樣，蓋板底下的每一點空間都是寸土寸金。

想當年為了省空間，廠商還把不少差友鐘意的機械式彈出攝像頭都給砍了，更別說現在普遍都搞折疊，還把攝像模組做辣么大……

所以要想滿足手機廠的小目標，電池就得做得更厲害，這樣電量才多，還能省點空間干別的。

說實話，理論上這也不難，傳統鋰電池的電極這塊兒用的是石墨，目前看起來比較可行的方案，只需要把電極換成硅就可以了。

為啥呢，電池充放電的本質，實際上就是離子在電池負極上進進出出的過程，所以只要這塊電極能裝更多離子，電量也就更大，而硅這玩意容納鋰離子的能力是石墨的24倍，提升一個數量級了都。

實際上早在1970年代開始，就有科學家開始往硅基鋰電池上打主意了。

但效果嘛，都不太好……

原因比較怪，硅這玩意會跟鋰離子形成合金，完事體積會膨脹300倍以上，這要放電池包里，那都早就不是一般的鼓包了，搞不好手機都會炸，所以一直沒法落地。

于是科學家們想了個辦法，不妨把硅摻一點在碳里，主體還是碳，硅順便出出力就行，折衷一下嘛。

1995年，加拿大團隊就合成出了Si-Carbon復合電極；1999年，中國工程院院士陳立泉也制備出來，每克容量甚至達到1700 mAh，相當于純碳的4倍。

所以當手機廠商們遇到空間和容量既要又要的選擇時，第一時間想到的也是硅碳電池。

2019年，小米在概念機MIX Alpha就首次采用了納米硅電池；同年華為也申請了一項名為“硅碳復合材料及其制備方法和鋰離子電池”的專利，其他廠商也紛紛跟進。

這也就是為啥2019年前后，手機電量有一波迅猛上漲的原因之一。（沒錯，最近這兩年的上漲已經是第二波了）

不過，上面也說了，硅碳電池的本質其實就是把硅塞進碳骨架之內，這樣即使發生膨脹，也會被限制住。

所以就像把大象裝進冰箱里一樣，要造出硅碳電池也有“獲得碳骨架”“獲得納米級硅顆?！薄鞍鸭{米硅塞進去”這三個步驟。

而這段時間的第一代硅碳生產，靠的其實是研磨法，把硅和石墨烯放一起，通過機械外力研磨，一邊把硅磨到納米級別，一邊硬塞進去，基本就屬于純純的大力出奇跡。

雖說這研磨法也不是不能用，但畢竟還是太糙了，磨出來的納米硅基本都在100納米內這個級別。而硅這玩意越粗糙越大坨，膨脹起來也就更狠，所以這個級別做出來的硅碳電極，含硅量都在4%以下，不然就得撐炸了。

也正是這個原因，2019年這波電量上漲看著雖然也不少，但在摻硅這點上其實是收著了，還有提升空間。

所以這幾年電池行業上游的廠商們，多數都在琢磨靠CVD氣相沉積來搞硅碳。

具體就是讓氣態的硅烷經過化學反應，然后產生納米硅顆粒，均勻鋪在碳骨架里，這樣完成填充。

相比研磨法，CVD的工藝更加復雜，直到2022年底，美國Group14公司才實現了技術突破；國內像天目先導這樣的新銳廠家，也是在2023年上半年左右實現了CVD量產，這家公司核心團隊正是來自上面提到的陳立泉院士。

所以說，到了2023年前后，硅碳電極的含硅量開始提升到6%以上，大規模穩定量產也基本解決了，于是手機廠商們也開始有了電池容量的暴漲。

雖然量產可能得益于供應鏈中的技術突破，但手機廠商們也有一些自己的創新，或是和電池供應商聯合起來的發明。

比如榮耀的青海湖電池，在碳骨架上采用的就是碳納米管而非石墨烯；小米的金沙江電池除了把硅含量做到6%，還搞了一個仿生自修復彈性薄膜來預防膨脹；還有vivo的藍海電池，用上了半固態電解液啥的。

這也就是為啥這兩年開始，手機廠的電池會不斷變大了。

而從網友們的實際使用體驗上來說，這幾家新出的手機確實表現都比較持久，特別是在傳統鋰電池的弱點——低溫情況下。

但作為一項新技術，看起來確實是不錯，可代價又會是什么呢？

我們在一份硅碳行業內部的會議報告中看到，雖然現在大家擱手機上用得挺好，但這玩意在生產中，比如材料、工藝啥的上面，還是存在一些問題。

首先硅碳電池的成本就比傳統鋰電池高，比如說碳骨架這塊兒就比較講究，要讓納米硅塞進去碳骨架里，最好的原料得是多孔碳。

而報告中提到，在整個硅碳電極中，多孔碳是成本最高的地方。

圖為天目先導的多孔碳-硅結構

行業內原先做多孔碳，原材料都是椰殼之類的，這種來自生物的多孔碳好處是便宜量大，但問題在于生物形成的多孔結構并不均勻，孔的分布和大小都不好控制；

現在雖然多數廠家都轉向樹脂炭了，但這玩意并不便宜，制作成本高、工藝還要改進，每噸的價格在30—50萬元，是椰殼的好幾倍。

另一方面，即便造出來樹脂炭，還要另外再安排造孔，也就是給它打孔才能變成多孔碳。

但這造孔環節里又有各種專利保護，所以一些廠家干脆直接買國外的。

除此之外，硅碳電池的壽命還短，通常在500到600次循環之間，這遠低于石墨電池的1000次以上。

原因還是膨脹的問題，負極表面的SEI（固體電解質界面）膜會因為硅的膨脹給撐裂，完事新暴露出來的硅又會持續生成新的SEI膜，然后繼續破裂、產生，從而不斷消耗鋰離子和電解液。

而這個問題到現在也并沒有出現徹底的解決方案。

也正是因為這個原因，硅碳電池在大電流情況下的性能也會變差，或許這也是現在手機快充給人感覺變慢了的原因。

所以不少專家覺得，硅碳電極這個技術方向在手機上確實可以搞搞，但在更高壓，更需要穩定的場景（比如動力電池）上，可能還是需要時間去改進。

拿特斯拉來說，特斯拉的小圓柱電池良率可以達到98%到99%，但在大圓柱電池中想達到同樣的能量密度，良率就降到了80%多。

因為硅碳負極材料會導致負極變薄，如果要做大容量，負極在圓柱電池中卷繞圈數就會增加，但工藝暫時又提不上來，所以會影響良率。

所以像寧德時代新一代的麒麟動力電池，走的就是硅氧路線而非納米硅。

不過歸根結底，就跟屏幕、解鎖、人臉識別啥的一樣，各個手機廠的新電池技術，本質上都來自供應鏈技術的成熟，只有行業內的基礎問題得到解決，終端上才能迅速跟進，并把這些創新帶來到大家面前。

而對我們吃瓜群眾來說，這其實不影響大家買硅碳電池的手機。

畢竟這玩意雖說還有點問題，但手機的使用年限實際上就那三四年，等到電池壽命快不行的時候，手機也到了要換的時候了，正好買個新的。

雖然咱也不知道廠商們是不是也是這么想的，作為一個新技術，它原生的問題肯定也會有，但體積小容量大的電池，目前確實還是大勢所趨，也沒啥別的好辦法。

所以說，該享受還是先享受著。

當然，如果你是釘子戶，換塊電池那也還能接著用。

圖片、資料來源

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].

北京化工大學：鋰離子電池碳負極材料的研究與開發.宋懷河

儲能科學與技術：鋰離子電池負極硅碳復合材料的研究進展.魯豪祺

能源科學與技術：硅碳復合材料、電解液添加劑和粘結劑的研究進展.吳蒙靜，徐曉雪

中國儲能網：硅基負極新賽點：動力規模化應用“星辰大?！?/span>

中國粉體網：多孔碳材料：制備技術、應用前景與未來展望

前瞻產業研究院：中國硅碳負極材料行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告

中粉鋰電：2022中國鋰電池硅基負極材料十強企業榜單

國家材料腐蝕與防護科學數據中心，天目先導，寧德時代等，部分圖源網絡

本文來自微信公眾號：差評X.PIN （ID：chaping321），作者：差評君，撰文：納西，編輯：江江、面線