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。
看了幾場釋出會，他們幾乎都跟約好了似的，扎堆在發各自的船新電池技術。
什麼青海湖、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，寧再瞅瞅啊～
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， 22 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，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，太誇張了也。
皮褲套棉褲，那必定是有緣故，差評君也很好奇，這到底是怎麼個事。
差評君也去查了一下，發現這實際上是電池行業裡技術進步了，不過不是搞上了固態，而是鋰電池裡的電極更新了。
圖源一加
這麼說吧，把鋰電池做得又小又持久，其實一直都是電池行業奮鬥的目標。
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摺疊，還把攝像模組做辣麼大。。。
所以要想滿足手機廠的小目標，電池就得做的更厲害，這樣電量才多，還能省點空間幹別的。
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，只需要把電極換成矽就可以了。
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，而矽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。
但效果嘛，都不太好。。。
原因比較怪，矽這玩意會跟鋰離子形成合金，完事體積會膨脹 300 倍以上，這要放電池包裡，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。
於是科學家們想了個辦法，不妨把矽摻一點在碳裡，主體還是碳，矽順便出出力就行，折衷一下嘛。
1995 年，加拿大團隊就合成出了 Si-Carbon 複合電極；1999 年，中國工程院院士陳立泉也製備出來，每克容量甚至達到 1700 mAh ，相當於純碳的 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矽碳電池。
2019 年，小米在概念機 MIX Alpha 就首次採用了納米矽電池；同年華為也申請了一項名為 “ 矽碳複合材料及其製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 年前後，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，矽碳電池的本質其實就是把矽塞進碳骨架之內，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裡一樣，要造出矽碳電池也有“ 獲得碳骨架 ” 、 “ 獲得奈米級矽顆粒 ” 、 “ 把奈米矽塞進去 ”這三個步驟。
而這段時間的第一代矽碳生產，靠的其實是研磨法，把矽和石墨烯放一起，透過機械外力研磨，一邊把矽磨到奈米級別，一邊硬塞進去，基本就屬於純純的大力出奇跡。
雖說這研磨法也不是不能用，但畢竟還是太糙了，磨出來的奈米矽基本都在 100 奈米內這個級別。而矽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矽碳電極，含矽量都在 4% 以下，不然就得撐炸了。
也正是這個原因，19 年這波電量上漲看著雖然也不少，但在摻矽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 氣象沉積來搞矽碳。
具體就是讓氣態的矽烷經過化學反應，然後產生奈米矽顆粒，均勻鋪在碳骨架裡，這樣完成填充。
相比研磨法， CVD 的工藝更加複雜，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 23 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 年前後，矽碳電極的含矽量開始提升到 6% 以上，大規模穩定量產也基本解決了，於是手機廠商們也開始有了電池容量的暴漲。
雖然量產可能得益於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，在碳骨架上採用的就是碳奈米管而非石墨烯；小米的金沙江電池除了把矽含量做到 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，可代價又會是什麼呢？
我們在一份矽碳行業內部的會議報告中看到，雖然現在大家擱手機上用的挺好，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。
首先矽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，要讓奈米矽塞進去碳骨架裡，最好的原料得是多孔碳。
而報告中提到，在整個矽碳電極中，多孔碳是成本最高的地方。
圖為天目先導的多孔碳 - 矽結構
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，但問題在於生物形成的多孔結構並不均勻，孔的分佈和大小都不好控制；
現在雖然多數廠家都轉向樹脂炭了，但這玩意並不便宜，製作成本高、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，也就給它打孔才能變成多孔碳。
但這造孔環節裡又有各種專利保護，所以一些廠家乾脆直接買國外的。
除此之外，矽碳電池的壽命還短，通常在 500 到 600 次迴圈之間，這遠低於石墨電池的 1000 次以上。
原因還是膨脹的問題，負極表面的 SEI （ 固體電解質介面 ）膜會因為矽的膨脹給撐裂，完事新暴露出來的矽又會持續生成新的 SEI 膜，然後繼續破裂、產生，從而不斷消耗鋰離子和電解液。
而這個問題到現在也並沒有出現徹底的解決方案。
也正是因為這個原因，矽碳電池在大電流情況下的效能也會變差，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，矽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。
因為矽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，走的就是矽氧路線而非奈米矽。
不過歸根結底，就跟螢幕、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，並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矽碳電池的手機。
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麼想的，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。
撰文：納西
編輯：江江 & 面線
美編：萱萱 & 煥妍
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：鋰離子電池負極矽碳複合材料的研究進展. 魯豪祺
能源科學與技術：矽碳複合材料、電解液新增劑和粘結劑的研究進展. 吳蒙靜, 徐曉雪
中國儲能網：矽基負極新賽點：動力規模化應用 “ 星辰大海 ”
中國粉體網：多孔碳材料：製備技術、應用前景與未來展望
前瞻產業研究院：中國矽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 中國鋰電池矽基負極材料十強企業榜單
國家材料腐蝕與防護科學資料中心，天目先導，寧德時代等，部分圖源網路
