电池容量大了iPhone快一倍，今年国产手机咋突然悟了？
不知道为啥，今年的手机厂商也跟突然开悟了一样，除了摄像头都变大，电池好像也都变了。
看了几场发布会，他们几乎都跟约好了似的，扎堆在发各自的船新电池技术。
什么青海湖、金沙江，还有啥冰川、蓝海， 我勒个地理大发现啊。。。
有的老铁可能觉得，电池那玩意不年年都升级吗，这有啥稀奇的？
先别急，虽说电池容量确实每年都有一定程度的提升，我们也简单做了一个表，是把这几年主流旗舰的电量变化放一块儿，宁再瞅瞅啊～
发现没，特别是 这两年开始，各个厂商的旗舰机型电量都开始飙升， 22 年以前基本上都在 5000mAh 以下这个档，但没过两年，现在都开始往 6000 去了。
就比如新出的米 15 ，电池容量就已经到了 5400 毫安时，比米 14 多了将近 800 ，隔壁 vivo X200 更是做到了 6000 ，比路边的共享充电宝都高了不少，荣耀甚至都搞到了 6600 。。。
一些网友们也注意到了这事， 同尺寸的手机今年比往年容量能多出 20% 以上，太夸张了也。
皮裤套棉裤，那必定是有缘故，差评君也很好奇，这到底是怎么个事。
差评君也去查了一下，发现这实际上是 电池行业里技术进步了，不过不是搞上了固态，而是锂电池里的电极更新了。
图源一加
这么说吧， 把锂电池做得又小又持久，其实一直都是电池行业奋斗的目标。
就手机而言，一个个都跟精密仪器一样，盖板底下的每一点空间都是寸土寸金。
想当年为了省空间，厂商还把不少差友钟意的机械式弹出摄像头都给砍了，更别说现在普遍都搞折叠，还把摄像模组做辣么大。。。
所以要想满足手机厂的小目标，电池就得做的更厉害，这样电量才多，还能省点空间干别的。
说实话，理论上这也不难，传统锂电池的电极这块儿用的是石墨，目前看起来比较可行的方案，只需要把电极换成硅就可以了。
为啥呢，电池充放电的本质，实际上就是离子在电池负极上进进出出的过程，所以只要这块电极能装更多离子，电量也就更大， 而硅这玩意容纳锂离子的能力是石墨的 24 倍，提升一个数量级了都。
实际上早在 1970 年代开始，就有科学家开始往硅基锂电池上打主意了。
但效果嘛，都不太好。。。
原因比较怪， 硅这玩意会跟锂离子形成合金，完事体积会膨胀 300 倍以上，这要放电池包里，那都早就不是一般的鼓包了，搞不好手机都会炸，所以一直没法落地。
于是科学家们想了个办法，不妨把硅掺一点在碳里，主体还是碳，硅顺便出出力就行，折衷一下嘛。
1995 年，加拿大团队就合成出了 Si-Carbon 复合电极；1999 年，中国工程院院士陈立泉也制备出来，每克容量甚至达到 1700 mAh ，相当于纯碳的 4 倍。
所以当手机厂商们 遇到空间和容量既要又要的选择时，第一时间想到的也是硅碳电池。
2019 年，小米在概念机 MIX Alpha 就首次采用了纳米硅电池；同年华为也申请了一项名为 “ 硅碳复合材料及其制备方法和锂离子电池 ” 的专利，其他厂商也纷纷跟进。
这也就是为啥 2019 年前后，手机电量有一波迅猛上涨的原因之一。 ( 没错，最近这两年的上涨已经是第二波了 )
不过，上面也说了，硅碳电池的本质其实就是把硅塞进碳骨架之内，这样即使发生膨胀，也会被限制住。
所以就像把大象装进冰箱里一样，要造出硅碳电池也有 “ 获得碳骨架 ” 、 “ 获得纳米级硅颗粒 ” 、 “ 把纳米硅塞进去 ”这三个步骤。
而这段时间的第一代硅碳生产，靠的其实是 研磨法，把硅和石墨烯放一起，通过机械外力研磨，一边把硅磨到纳米级别，一边硬塞进去，基本就属于纯纯的大力出奇迹。
虽说这研磨法也不是不能用，但毕竟还是太糙了，磨出来的纳米硅基本都在 100 纳米内这个级别。而硅这玩意越粗糙越大坨，膨胀起来也就更狠，所以这个级别做出来的硅碳电极，含硅量都在 4% 以下，不然就得撑炸了。
也正是这个原因， 19 年这波电量上涨看着虽然也不少，但在掺硅这点上其实是收着了，还有提升空间。
所以这几年电池行业上游的厂商们，多数都在琢磨靠 CVD 气象沉积来搞硅碳。
具体就是让气态的硅烷经过化学反应，然后产生纳米硅颗粒，均匀铺在碳骨架里，这样完成填充。
相比研磨法， CVD 的工艺更加复杂，直到 2022 年底，美国 Group14 公司才实现了技术突破；国内像天目先导这样的新锐厂家，也是在 23 年上半年左右实现了 CVD 量产，这家公司核心团队正是来自上面提到的陈立泉院士。
所以说， 到了 2023 年前后，硅碳电极的含硅量开始提升到 6% 以上，大规模稳定量产也基本解决了，于是手机厂商们也开始有了电池容量的暴涨。
虽然量产可能得益于供应链中的技术突破，但手机厂商们也有一些自己的创新，或是和电池供应商联合起来的发明。
比如荣耀的青海湖电池，在碳骨架上采用的就是碳纳米管而非石墨烯；小米的金沙江电池除了把硅含量做到 6% ，还搞了一个仿生自修复弹性薄膜来预防膨胀；还有 vivo 的蓝海电池，用上了半固态电解液啥的。
这也就是为啥这两年开始，手机厂的电池会不断变大了。
而从网友们的实际使用体验上来说，这几家新出的手机确实表现都比较持久，特别是在传统锂电池的弱点——低温情况下。
但作为一项新技术， 看起来确实是不错，可代价又会是什么呢？
我们在一份硅碳行业内部的会议报告中看到，虽然现在大家搁手机上用的挺好，但这玩意在生产中，比如 材料、工艺啥的上面，还是存在一些问题。
首先硅碳电池的成本就比传统锂电池高，比如说碳骨架这块儿就比较讲究，要让纳米硅塞进去碳骨架里，最好的原料得是多孔碳。
而报告中提到， 在整个硅碳电极中，多孔碳是成本最高的地方。
图为天目先导的多孔碳 - 硅结构
行业内原先做多孔碳，原材料都是椰壳之类的，这种来自生物的多孔碳好处是便宜量大，但问题在于生物形成的多孔结构并不均匀，孔的分布和大小都不好控制；
现在虽然多数厂家都转向树脂炭了，但这玩意并不便宜，制作成本高、工艺还要改进，每吨的价格在 30-50 万元，是椰壳的好几倍。
另一方面， 即便造出来树脂炭，还要另外再安排造孔，也就给它打孔才能变成多孔碳。
但这 造孔环节里又有各种专利保护，所以一些厂家干脆直接买国外的。
除此之外，硅碳电池的寿命还短，通常在 500 到 600 次循环之间，这 远低于石墨电池的 1000 次以上。
原因还是膨胀的问题，负极表面的 SEI （ 固体电解质界面 ）膜会因为硅的膨胀给撑裂，完事新暴露出来的硅又会持续生成新的 SEI 膜，然后继续破裂、产生，从而不断消耗锂离子和电解液。
而这个问题到现在也并没有出现彻底的解决方案。
也正是因为这个原因，硅碳电池在大电流情况下的性能也会变差，或许这也是现在手机快充给人感觉变慢了的原因。
所以不少专家觉得，硅碳电极这个技术方向在手机上确实可以搞搞，但在更高压，更需要稳定的场景 （ 比如动力电池 ）上，可能还是需要时间去改进。
拿特斯拉来说，特斯拉的小圆柱电池良率可以达到 98% 到 99% ，但在大圆柱电池中想达到同样的能量密度，良率就降到了 80% 多。
因为硅碳负极材料会导致负极变薄，如果要做大容量，负极在圆柱电池中卷绕圈数就会增加，但工艺暂时又提不上来，所以会影响良率。
所以像宁德时代新一代的麒麟动力电池， 走的就是硅氧路线而非纳米硅。
而对我们吃瓜群众来说，这其实不影响大家买硅碳电池的手机。
毕竟这玩意虽说还有点问题，但手机的使用年限实际上就那三四年，等到电池寿命快不行的时候，手机也到了要换的时候了，正好买个新的。
虽然咱也不知道厂商们是不是也是这么想的，作为一个新技术，它原生的问题肯定也会有，但体积小容量大的电池，目前确实还是大势所趋，也没啥别的好办法。
所以说，该享受还是先享受着。
当然，如果你是钉子户，换块电池那也还能接着用。
撰文：纳西
编辑：江江 & 面线
美编：萱萱 & 焕妍
图片、资料来源：
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 ].
北京化工大学：锂离子电池碳负极材料的研究与开发. 宋怀河
储能科学与技术：锂离子电池负极硅碳复合材料的研究进展. 鲁豪祺
能源科学与技术：硅碳复合材料、电解液添加剂和粘结剂的研究进展. 吴蒙静, 徐晓雪
中国储能网：硅基负极新赛点：动力规模化应用 “ 星辰大海 ”
中国粉体网：多孔碳材料：制备技术、应用前景与未来展望
前瞻产业研究院：中国硅碳负极材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告
中粉锂电：2022 中国锂电池硅基负极材料十强企业榜单
国家材料腐蚀与防护科学数据中心，天目先导，宁德时代等，部分图源网络