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手机圈卷来卷去,终于卷到了电池上,各大厂商就跟约好了似的,扎堆发布各种“黑科技”电池。
以前手机电池容量挤牙膏似的升级,现在真的是以非常快的速度在涨,vivoX200直接涨到了6000mAh,荣耀有6600mAh。
这背后是什么神奇的魔法,让手机电池像打了鸡血一样?难道仅仅是因为电池厂商的技术突破?
手机电池容量的提升
手机电池容量这几年蹭噌噌地往上涨,以前5000mAh就能在旗舰机里横着走,现在要是低于6000mAh都不好意思跟人打招呼。
2022年之前旗舰手机的电池容量普遍在4500mAh到5000mAh之间徘徊,但到了2025年,情况就完全不一样了,小米15比前一代增加了将近800mAh。
vivoX200系列就更猛了直接上探到6000mAh,这容量比一些共享充电宝都大,出门在外再也不用担心手机没电了,别说充电器了,连充电宝都不用借了。
荣耀更是夸张,直接把电池容量升到了6600mAh,比iPhone都要多了快一倍。
同等尺寸的手机,电池容量比前几年提升了20%以上,这是技术上的巨大飞跃。
那么这电池容量暴涨的背后到底隐藏着什么秘密呢?答案就是:硅碳负极。
这东西有什么魔力?用一个通俗易懂的比喻来说明,电池充放电的过程就是许多锂离子在正负极之间来回跑。
负极负责储存这些锂离子,容量越大能装下就越多,电池的容量自然也就越大,这就是其中的道理。
而相比于传统石墨,硅这种材料储存能力能高出20多倍,容量自然也就会大相应的倍数,这意味着在相同体积下是可以存得下更多的能量的。
其实科学家们早在20世纪70年代盯上了硅这种神奇的材料,想用它来制造电池。
但是硅有个致命的弱点,它在和锂离子结合后会膨胀,体积一下暴涨几百倍,这当然不安全。
所以纯硅负极在很长一段时间内都只是个美好的愿望,根本无法实际应用。
后来科学家们想出了一个巧妙的办法,把硅掺进碳里,用碳材料作为骨架来限制硅的膨胀。
1995年加拿大团队率先合成了硅碳复合电极,为硅基负极的应用打开了大门。
1999年中国工程院院士陈立泉也研制出了硅碳负极材料,容量达到了惊人的1700mAh/g,是纯碳材料的4倍。
后续的工艺改进,更是让硅碳负极的性能得到了进一步提升,最终才实现了在手机电池中的大规模应用。
硅碳电池的量产之路
早期的硅碳负极生产,其实技术含量并不高,主要靠“大力出奇迹”的研磨法。
这种方法简单粗暴,但也存在很多问题,效率非常低产量有限,磨出来的硅颗粒比较大,而且分布很不均匀,就像磨出来的芝麻有大有小一样。
更关键的是,用这种方法生产的硅碳负极,含硅量非常低,通常只有4%左右。
如果含硅量再高一些,电池就容易鼓包,容易爆炸,所以早期的硅碳电池容量提升非常有限。
为了解决这些问题,电池行业开始探索新的生产工艺,于是CVD技术应运而生。
这不是什么玄幻魔法,其实原理并不复杂,简单来说就是把一种叫作硅烷的气体,在高温下发生化学反应。
这一步能让纳米级的硅颗粒均匀地沉积在碳骨架上,CVD技术制备的硅碳负极,硅颗粒更小、分布更均匀,含硅量可以达到6%以上,甚至更高。
而且这种方法更容易实现规模化生产,效率高、覆盖广,CVD技术的出现让硅碳负极的性能得到了质的飞跃。
但是要把这项技术从实验室推向大规模量产,却不是一件容易的事情。
直到2022年底,美国Group14公司才率先实现了CVD技术的突破,为硅碳负极的量产铺平了道路。
国内的天目先导等企业也不甘落后,在2023年上半年实现了CVD技术的量产。
高容量电池的副作用
硅碳电池虽然带来了更大的容量和更长的续航,但就像任何新技术一样,也不是一定问题都遇不到的,反而会有很多突破和适应性的问题。
成本问题是绕不开的坎,硅碳负极的生产工艺比传统的石墨负极要复杂得多,对原材料的要求也更高。
具体来说,为了让纳米硅颗粒能够更好地嵌入,需要使用多孔碳材料作为碳骨架,而多孔碳材料的制备成本很高,进一步推高了硅碳负极的整体成本。
硅碳电池的寿命也是一个需要关注的问题,硅的特性决定了它在充放电过程中会发生膨胀和收缩,一涨一缩。
这种反复的体积变化会破坏电池内部的SEI膜,SEI膜就像一层保护膜,可以防止电解液和电极材料发生副反应,如果破裂,就会导致电池容量衰减,寿命缩短。
目前硅碳电池的循环寿命通常只有五六百次,而传统的石墨电池可以超过千次,这就像一部手机,总充电总充电,次数越多,电池就越不扛用。
当然对于大多数用户来说,这些缺点的影响其实并不大,毕竟现在手机更新换代的速度很快,一般人一部手机也就用个三四年。
等到电池寿命不行的时候,也差不多该换新手机了,而且各大手机厂商也在不断努力改进硅碳电池的技术。
例如通过改进SEI膜的配方,让它更坚固耐用,或者通过优化电池管理系统,更精细地控制充放电过程,从而减缓电池的衰老速度。
硅碳电池的出现是电池技术发展历程中的一大进步,它让大家看到了手机电池更大的可能性,也让距离“告别低电量焦虑”的梦想更近了一步。
虽然这项技术还有提升的空间,但它带来的好处是实实在在的,更大的电池容量、更长的续航时间,这些都是用户的体验提升。
结语
国产手机电池容量暴涨的背后,不是简单的堆料,而是实打实的技术进步。
从早期的概念探索,到如今的CVD量产,硅碳负极技术经历了漫长的发展历程,凝聚了无数科研人员和工程师的心血。
更重要的是国产厂商这次终于抓住了机会,在电池技术上实现了弯道超车,狠狠地秀了一把实力,展示了一次自己的肌肉。
当然硅碳电池也并非完美无缺,成本和寿命依然是问题,而针对这些问题技术研究的脚步更是从未停止。
信息来源:
东北网2024-10-226000mAh的超大容量电池,让vivoX200系列真正地遥遥领先
大河报2024-12-06“越拉越高”,电池“内卷”风暴正当时:多款待发布手机电池容量将超7000mAh
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