硅碳負(fù)極材料用在手機(jī)上，能否解決用戶電池續(xù)航焦慮？

每經(jīng)記者 王晶    每經(jīng)編輯 董興生    

手機(jī)的功能越強(qiáng)大，電量消耗帶來(lái)的焦慮也越大。

用戶希望電池容量足夠大，同時(shí)也要求充電速度足夠快，這本身就是個(gè)矛盾。Counterpoint Research報(bào)告顯示，全球智能手機(jī)平均電池容量已從2018年的3000 mAh增加到2022年的4500 mAh，增加了50%。然而，受制于智能手機(jī)設(shè)計(jì)尺寸，電池的大小也是有限制的。

此前，手機(jī)廠商多在充電速度上探索新的可能性。比如，曾經(jīng)的“充電5分鐘通話2小時(shí)”成為重要賣點(diǎn)。隨著快充技術(shù)不斷迭代，其已成為眾多智能手機(jī)的默認(rèn)功能，充電功率也從幾瓦躍進(jìn)到百瓦。

最近，榮耀提出了另一種解題方式——通過(guò)電池材料升級(jí)解決問(wèn)題。這項(xiàng)被命名為“青海湖”的電池技術(shù)，主要采用了一種新型的“硅碳復(fù)合材料”作為負(fù)極材料，提高電池容量和能量密度，從而延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

哪種方案更能代表未來(lái)，兩種方案各有什么優(yōu)劣？

先于特斯拉，硅碳負(fù)極材料用在了手機(jī)上

從1991年第一代商業(yè)化鋰離子電池開(kāi)始，正負(fù)極材料的克容量就成為決定電池能量密度的關(guān)鍵。“石墨負(fù)極材料的潛能已經(jīng)接近極限，為了帶來(lái)更好的續(xù)航體驗(yàn)，我們最終決定革新負(fù)極材料。在手機(jī)行業(yè)引入硅碳負(fù)極材料技術(shù)。”3月17日下午，榮耀產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)＜也芄?duì)包括《每日經(jīng)濟(jì)新聞》記者在內(nèi)的媒體表示。

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硅碳負(fù)極材料技術(shù)是一種新型的電池材料技術(shù)，可以有效提高電池的能量密度和循環(huán)壽命，該技術(shù)最初引發(fā)科技商業(yè)上的大規(guī)模討論，是因?yàn)楸惶厮估紤?yīng)用在汽車動(dòng)力電池上，也就是著名的特斯拉4680電池。但直到目前，特斯拉都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)硅碳負(fù)極版本4680的高速量產(chǎn)。

而現(xiàn)在，該技術(shù)被手機(jī)廠商榮耀率先應(yīng)用在了手機(jī)電池上。純硅材料理論克容量約為石墨的10倍，這就意味著，電池硅含量越高，能量密度就越大，同等容量下體積就越小。技術(shù)原理上，曹工解釋稱：“負(fù)極本身要在多孔碳骨架上吸附硅離子，放的硅離子越多，電容量的密度更大。”

但從理論到實(shí)際落地，仍然道阻且長(zhǎng)。“硅離子放多了會(huì)對(duì)穩(wěn)定性會(huì)有影響，負(fù)極材料放多少，怎么放，怎么吸附，怎么穩(wěn)定，本身就是一個(gè)很難的問(wèn)題。另外，硅碳負(fù)極和石墨負(fù)極不太一樣，差異就是它在低壓部分的電量會(huì)更多一些。因?yàn)槭謾C(jī)硬件設(shè)計(jì)的電壓體系是固定的，如果電壓太低，可能會(huì)對(duì)手機(jī)的穩(wěn)定性有影響，怎樣把這個(gè)低壓部分的電利用起來(lái)，我們也做了很多電路的設(shè)計(jì)和算法在里面。”曹工說(shuō)。

在回顧青海湖電池的項(xiàng)目過(guò)程時(shí)，曹工坦言，碰到了很多問(wèn)題，甚至整個(gè)電池團(tuán)隊(duì)都想過(guò)放棄。“要不Magic5就先不上（青海湖電池技術(shù)）了，當(dāng)時(shí)整個(gè)產(chǎn)品線匯報(bào)過(guò)很多次，公司說(shuō)不行，并決定增加投入，后來(lái)同時(shí)有九套技術(shù)方案一起跑。以前，一個(gè)電池可能就一套方案，Magic 5產(chǎn)品上我們同時(shí)要弄九套方案，這意味著整個(gè)電池前期的配方、設(shè)計(jì)到后期配合的整機(jī)設(shè)計(jì)，都要運(yùn)行9套。所以項(xiàng)目從開(kāi)始的設(shè)計(jì)到上市以后，整個(gè)測(cè)試電池?cái)?shù)量上萬(wàn)片，正常的一個(gè)項(xiàng)目大概（測(cè)試）2000個(gè)左右，這個(gè)項(xiàng)目廢了很多種方案。”

據(jù)榮耀方面介紹，Magic 5手機(jī)采用硅碳負(fù)極材料技術(shù)后，可以帶來(lái)“一天不用充電”的體驗(yàn)。但從商業(yè)化角度來(lái)看，硅碳負(fù)極材料還面臨大規(guī)模量產(chǎn)和成本的挑戰(zhàn)。

與快充相比，硅碳負(fù)極材料的研發(fā)投入“是巨大的”。曹工透露：“（研發(fā)）人員非常多，時(shí)間比較長(zhǎng)，涉及的領(lǐng)域有七八個(gè)，比如電池相關(guān)的有一些電芯的材料、電解的工藝以及化學(xué)體系的算法，還有做充放電的可靠性測(cè)試等，各個(gè)模塊的專家和投入都是要一起投入的。”

在未來(lái)技術(shù)的迭代升級(jí)上，曹工表示，如果真的能做到同樣的成熟度，硅負(fù)極相比石墨負(fù)極的能力密度能提升10倍，但現(xiàn)在可能還做不到。實(shí)際上，Magic5 Pro的青海湖電池能量密度比上一代Magic4的電池提高了12.8%，“還有很長(zhǎng)的路要走”。

兩種充電技術(shù)的路徑選擇

與榮耀投入“巨大”成本研發(fā)新材料不同的是，當(dāng)前更多安卓系廠商追求提升百瓦快充的功率。

過(guò)去一年，包括OPPO、vivo、小米、一加等在內(nèi)的國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商紛紛加碼對(duì)快充技術(shù)的軍備競(jìng)賽，并將其作為差異化競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重點(diǎn)。2022年2月，OPPO對(duì)外展示了長(zhǎng)壽版150W超級(jí)閃充和240W超級(jí)閃充，其中150W長(zhǎng)壽版閃充擁有1600次壽命，并在年中正式量產(chǎn)。同年7月，vivo旗下品牌iQOO率先把快充功率提升至200W。

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今年2月，realme還發(fā)布了搭載240W滿級(jí)秒充的真我GT Neo5，帶來(lái)“充電30秒，通話2小時(shí)”的使用體驗(yàn)。2月28日，小米集團(tuán)創(chuàng)始人雷軍在微信公眾號(hào)表示，小米發(fā)布300W“秒充”技術(shù)，在該充電模式下，4100mAh電池僅需5分鐘完全充滿。

在曹工看來(lái)，很多技術(shù)有一定的兩面性，手機(jī)就這么大，要放這么多東西，總要有取舍。“300瓦會(huì)帶來(lái)（電池）密度的降低，因?yàn)?00W對(duì)電池的能量密度損傷會(huì)更大，比如說(shuō)同樣體積的電池，如果是66W的，它可能做到5000毫安；如果是120W，只能做到4500毫安，或者4800毫安，快充越大，密度會(huì)降低，這是技術(shù)路徑的選擇問(wèn)題。”

此外，傳統(tǒng)的手機(jī)電池一般采用鋰離子電池，但是其能量密度有限，需要頻繁充電，用戶需要攜帶充電器，尋找充電插口也很不方便。與此同時(shí)，快充技術(shù)需要在手機(jī)和充電器之間建立更高功率的傳輸通道，以達(dá)到更快的充電速度。因此，用戶要想使用快充技術(shù)需要充電器和手機(jī)都支持快充，才能發(fā)揮最大的充電速度。

但在實(shí)際應(yīng)用中，快充技術(shù)解決了用戶的續(xù)航焦慮問(wèn)題。特別是在電量快要消耗完的情況下，短時(shí)間救急，就顯得意義重大。廣發(fā)證券曾指出，智能手機(jī)步入微創(chuàng)新時(shí)期，快充提升使用體驗(yàn)將加速走向普及。中銀證券則認(rèn)為，第一波嘗鮮5G手機(jī)的用戶或在2023年迎來(lái)?yè)Q機(jī)周期，今年影像、快充、內(nèi)存、折疊屏將成為安卓系升級(jí)重點(diǎn)?？斐浞矫?，20~40W已經(jīng)成為智能手機(jī)標(biāo)配，行業(yè)正在向100~200W看齊。

Counterpoint研究副總監(jiān)齊英楠表示，技術(shù)上來(lái)看，增加電池密度門檻非常高，所以早期國(guó)產(chǎn)安卓廠商普遍的解決路徑集中在快充上，提高充電速度，從而滿足用戶的痛點(diǎn)，相當(dāng)于變相延長(zhǎng)了用戶的使用時(shí)間。但快充功率發(fā)展到200W以上后，充電效率帶給用戶的感知差別就不太大了，再往上提升的意義也不大?？傮w來(lái)看，相比于蘋果、三星等，這是國(guó)產(chǎn)手機(jī)的整體優(yōu)勢(shì)。但電池密度的提升對(duì)手機(jī)廠商和電池廠商來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是一個(gè)永久的方向。

展望未來(lái)，Counterpoint預(yù)計(jì)，快充的競(jìng)爭(zhēng)將逐漸趨于平穩(wěn)，在短短幾分鐘內(nèi)將空電池充滿可能是這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的頂峰。“我們預(yù)計(jì)平均充電功率可能會(huì)穩(wěn)定在100W以下，這對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠快，且還能優(yōu)化成本效益。”