是供應鍊技術還是自研？國産手機續航暴漲背後的秘密

PConline太平洋科技

2024-05-27 17:56釋出于廣東數位領域創作者

自從智能手機的螢幕越來越大之後，續航好像就一直沒好過，功能機時代那種好幾天充一次電的體驗一去不複返。

話又說回來，以前的功能機螢幕使用時間才多長，一天有1小時嗎？而現在的智能手機，功能那麼多，螢幕那麼大，還要一直保持線上，螢幕使用時間起碼都有五六個小時吧，一天一充好像已經很厲害了！

如果你有用過最近一年釋出的國産旗艦機型，你就會發現它們的續航有了長足的進步，基本都可以做到兩天一充。短短十幾年間，手機電池如何發展到現在的水準？近一年來廠商們相繼推出的青海湖電池、藍海電池、金沙江電池等技術又是什麼？為何時間節點如此接近？

▲圖源小米

從鎳到锂的飛躍

新生代的手機使用者可能沒聽說過“電池沒用完就充電，會讓電池容量變小”這種神奇的理論，而這正是早期手機所使用的鎳镉電池的一大缺點——記憶效應。後來就出現了鎳氫電池，記憶效應得到了明顯改善。

直到千禧年前後，锂離子電池的材料和制造技術經曆了重大的革新，成本大幅下降，能量密度提高，且解決了電池記憶效應的問題。這些改進使得锂離子電池迅速成為手機行業的标準選擇，整個行業也正式進入了锂電時代。

傳統的锂電由于使用了液态電解質，限制了電池的形狀和大小。因為必須確定電解質在電池内部保持穩定，同時還要防止洩漏和腐蝕，是以通常會采用硬質的外殼，進而限制了電池的形狀設計。此外，液态電解質在高溫或過充的情況下可能會膨脹或燃燒。

後來便進化出現在業内廣泛采用的锂聚合物電池，采用的是膠狀或者固态電解質，采用鋁膜包裝，體積和形狀更加自由，可以靈活适應内部空間越來越緊湊的電子産品。而且電池的熱穩定性和機械穩定性也更好，進而減少安全風險。

手機電池技術發展到锂聚合物之後，很長一段時間都再沒有大幅更新，因為锂電中石墨負極的局限性逐漸顯現。

石墨負極的理論比容量限制在372mAh/g，且锂離子的擴散速率較低，這些因素都限制了電池能量密度的提升和快速充電能力。

除了材料本身的性能缺點，天然石墨作為一種不可再生資源，也面臨着很多問題。

據美國地質調查局（USGS）的資料，2020年全球石墨儲量約為3億噸，按照目前的開采速度，預計到2050年全球石墨資源将耗盡。同時，天然石墨作為一種自然資源，與天然氣、石油等一樣也會受到地緣因素的影響，供給并不穩定。

人造石墨在一定程度上可以避免天然石墨所帶來的問題，但人造石墨生産過程中需要消耗大量能源，并且産生大量廢水，如果不妥善處理，會造成嚴重的土壤和水源污染，與被稱為“環保”的“新能源”背道而馳。

還有商業中最重要的影響因素：利益。以目前的生産工藝來說，同樣純度的人造石墨要比天然石墨貴20-30%。而随着天然石墨資源越來越少，天然石墨的價格也會越來越貴。

是以，尋找石墨的替代材料成為了锂電行業最重要的發展方向之一。

锂電的次世代：矽碳負極

無論是青海湖電池、藍海電池還是金沙江電池，它們在宣傳中都不約而同地提到了“矽碳負極”，這也是解決目前電池難題的關鍵技術。

上文提到石墨作為負極材料的缺點，那麼有沒有其他材料可以代替它呢，有，那就是矽。

矽作為負極材料，具有高達4200mAh/g的理論比容量，幾乎是石墨的11倍。這意味着，使用矽負極的锂電池在理論上可以大幅提升能量密度，進而延長電池的使用壽命和減少充電次數。

然而，矽材料在充放電過程中會發生高達300%的體積膨脹，這種顯著的體積變化會導緻電極材料的破裂，進而降低電池的循環壽命。

▲圖源Group14

為了克服這一挑戰，科學家們開發了矽碳複合材料。通過将納米矽顆粒與碳材料結合，可以利用碳材料的穩定性來抑制矽的體積膨脹，并通過碳的導電網絡來提高整體的電導率。

盡管矽碳負極技術在提升電池性能方面具有巨大潛力，但其工藝難點仍然存在。矽碳負極的制備需要精确控制材料的納米結構，以及確定矽和碳的均勻分布。此外，電池制造過程中的首次效率和循環穩定性也是需要克服的關鍵挑戰。

Group14與ATL

其實早在上世紀70年代，矽碳負極電池技術就已經通過了可行性驗證，為何直到近一年我們才看到大量消費終端采用呢？

這就不得不提到2個公司，一個是我們熟知的ATL（新能源），也就是甯德新能源和東莞新能德的母公司，另一個則是初創公司Group14。

▲圖源Group14

2023年2月28日，Group14正式宣布已向ATL供應SCC55材料，為下一代智能手機等3C産品提供動力，并表示很快就有使用SCC55電池材料的手機面世。

在一周後的3月6日，榮耀就釋出了全球首款搭載矽碳負極電池技術的智能手機——Magic5系列，行業媒體TechInsights也證明該技術的實施由Group14的電池材料産品SCC55主導。

▲圖源微機分WekiHome

在知名拆機Up主微機分的視訊中我們也可以看到，無論是青海湖電池、藍海電池還是金沙江電池，它們都由新能德公司生産，并且采用ATL電芯。我們基本可以以此猜測它們所采用的矽碳負極技術都使用了Group14的SCC55材料。

為什麼一定是Group14的SCC55？因為目前能大規模量産矽碳負極材料的公司并不多，而Group14是其中份額最大的。

明日之星：SCC55

在正式介紹SCC55之前，我們先來簡單了解一下Group14是個怎樣的公司。

矽在元素周期表中的排第14位，這就是Group14中“14”的來源。這家公司成立于2015年，緻力于将锂離子電池轉化為锂矽負極電池，幫助解決能源存儲難題，先後獲得ATL、SK Materials、保時捷等公司的投資，累計金額超過6億美元，是锂電行業炙手可熱的明日之星。

▲圖源Group14

矽碳負極作為一種新興技術，國内外有不少公司都在攻關，融資也拿了不少，甚至還有不少在“PPT”上都放出了非常驚人的參數。但是很多仍然停留在實驗室狀态甚至理論狀态，遠遠未能達到量産要求。

而Group14幾乎是最早實作大規模量産的，在應用方面也有着無可比拟的優勢。

▲圖源Group14

SCC55的獨特之處在于其結構設計。該材料由嵌入碳支架中的矽納米顆粒組成。這種結構允許矽顆粒與電解質充分接觸，進而提高電池的充放電效率。此外，碳支架還提供了機械支撐，防止矽顆粒在充放電過程中膨脹和收縮。

是以，SCC55矽負極電池的能量密度比傳統锂離子電池高出50%，并且充電速度更快，理論上隻需要幾分鐘。

SCC55材料投産起來也很友善，從紐扣電池到軟包電池，制造商可将SCC55無縫投放到任何锂離子電池生産線、超級工廠或電池設計中，而無需重新調整工藝。

比起概念，規模化量産才是盈利的根本。

Group14的兩步工藝使規模化變得簡單，首先合成碳來建立碳支架，然後在支架内部建立矽并調整内部空隙，最終形成神奇的SCC55。而具體的工藝細節，早已被Group14申請了全球專利，成為其商業帝國的基石。

▲圖源Group14

Group14還設計了一種可輕松複制的流程，可以在需要的地方建造各種規模的工廠（BAM 工廠）。每個子產品都自成一體，每年可生産材料達10GWh。還可以根據需要将任意數量子產品組合在一起，形成任意規模的BAM工廠。

▲圖源Group14

産能方面，Group14位于美國華盛頓州伍丁維爾的 BAM-1工廠目前為超過65家客戶供貨，這些客戶占全球電池生産市場的95%，另外也正在亞洲、歐洲等地區部署BAM工廠。可以确定的是BAM-1工廠的産量已超過10GWh，大約可以滿足10-20萬輛電動車使用。

如果投産順利，位于華盛頓的BAM-2工廠産能将會達到BAM-1的2倍，将在2024年成為全球最大的先進矽負極電池技術工廠。

寫在最後

機圈裡常有人調侃：不都是供應鍊技術，講什麼自研。 我們從結果上來看，這幾家的矽碳負極電芯都是來自ATL，而且大機率就是采用的SCC55材料，好像确實這麼一回事。

但其實，供應鍊與廠商之間的交流并不是單向的，很多材料、技術的應用往往是雙方共同努力的結果。類比一下，供應鍊技術就像食材，最終的出品還是要看大廚的料理手法和調味。

▲圖源vivo

就拿本文所讨論的續航來說，矽碳負極電池的量産應用是關鍵。矽碳負極的理論能量密度遠高于傳統石墨負極，能夠大幅提升電池續航。而Group14的SCC55材料則是目前最具代表性的矽碳負極材料之一，擁有優異的性能和量産能力。

同時各家手機廠商在電池封裝工藝、電源管理、系統排程等方面也進行了優化，最終才讓消費者拿到手的手機有了出色的續航水準。

至于本文标題提到的那個問題，每個人都可以有自己的了解。

檢視原圖 91K

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

•