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    硅碳负极材料用在手机上,能否解决用户电池续航焦虑?

    每日经济新闻 2023-03-20 18:59

    ◎最近,荣耀提出了另一种解题方式——通过电池材料升级解决问题。这项被命名为“青海湖”的电池技术,主要采用了一种新型的“硅碳复合材料”作为负极材料,提高电池容量和能量密度,从而延长电池续航时间。

    每经记者 王晶    每经编辑 董兴生    

    手机的功能越强大,电量消耗带来的焦虑也越大。

    用户希望电池容量足够大,同时也要求充电速度足够快,这本身就是个矛盾。Counterpoint Research报告显示,全球智能手机平均电池容量已从2018年的3000 mAh增加到2022年的4500 mAh,增加了50%。然而,受制于智能手机设计尺寸,电池的大小也是有限制的。

    此前,手机厂商多在充电速度上探索新的可能性。比如,曾经的“充电5分钟通话2小时”成为重要卖点。随着快充技术不断迭代,其已成为众多智能手机的默认功能,充电功率也从几瓦跃进到百瓦。

    最近,荣耀提出了另一种解题方式——通过电池材料升级解决问题。这项被命名为“青海湖”的电池技术,主要采用了一种新型的“硅碳复合材料”作为负极材料,提高电池容量和能量密度,从而延长电池续航时间。

    哪种方案更能代表未来,两种方案各有什么优劣?

    先于特斯拉,硅碳负极材料用在了手机上

    从1991年第一代商业化锂离子电池开始,正负极材料的克容量就成为决定电池能量密度的关键。“石墨负极材料的潜能已经接近极限,为了带来更好的续航体验,我们最终决定革新负极材料。在手机行业引入硅碳负极材料技术。”3月17日下午,荣耀产品领域专家曹工对包括《每日经济新闻》记者在内的媒体表示。

    图片来源:视频截图

    硅碳负极材料技术是一种新型的电池材料技术,可以有效提高电池的能量密度和循环寿命,该技术最初引发科技商业上的大规模讨论,是因为被特斯拉宣布应用在汽车动力电池上,也就是著名的特斯拉4680电池。但直到目前,特斯拉都没有实现对硅碳负极版本4680的高速量产。

    而现在,该技术被手机厂商荣耀率先应用在了手机电池上。纯硅材料理论克容量约为石墨的10倍,这就意味着,电池硅含量越高,能量密度就越大,同等容量下体积就越小。技术原理上,曹工解释称:“负极本身要在多孔碳骨架上吸附硅离子,放的硅离子越多,电容量的密度更大。”

    但从理论到实际落地,仍然道阻且长。“硅离子放多了会对稳定性会有影响,负极材料放多少,怎么放,怎么吸附,怎么稳定,本身就是一个很难的问题。另外,硅碳负极和石墨负极不太一样,差异就是它在低压部分的电量会更多一些。因为手机硬件设计的电压体系是固定的,如果电压太低,可能会对手机的稳定性有影响,怎样把这个低压部分的电利用起来,我们也做了很多电路的设计和算法在里面。”曹工说。

    在回顾青海湖电池的项目过程时,曹工坦言,碰到了很多问题,甚至整个电池团队都想过放弃。“要不Magic5就先不上(青海湖电池技术)了,当时整个产品线汇报过很多次,公司说不行,并决定增加投入,后来同时有九套技术方案一起跑。以前,一个电池可能就一套方案,Magic 5产品上我们同时要弄九套方案,这意味着整个电池前期的配方、设计到后期配合的整机设计,都要运行9套。所以项目从开始的设计到上市以后,整个测试电池数量上万片,正常的一个项目大概(测试)2000个左右,这个项目废了很多种方案。”

    据荣耀方面介绍,Magic 5手机采用硅碳负极材料技术后,可以带来“一天不用充电”的体验。但从商业化角度来看,硅碳负极材料还面临大规模量产和成本的挑战。

    与快充相比,硅碳负极材料的研发投入“是巨大的”。曹工透露:“(研发)人员非常多,时间比较长,涉及的领域有七八个,比如电池相关的有一些电芯的材料、电解的工艺以及化学体系的算法,还有做充放电的可靠性测试等,各个模块的专家和投入都是要一起投入的。”

    在未来技术的迭代升级上,曹工表示,如果真的能做到同样的成熟度,硅负极相比石墨负极的能力密度能提升10倍,但现在可能还做不到。实际上,Magic5 Pro的青海湖电池能量密度比上一代Magic4的电池提高了12.8%,“还有很长的路要走”。

    两种充电技术的路径选择

    与荣耀投入“巨大”成本研发新材料不同的是,当前更多安卓系厂商追求提升百瓦快充的功率。

    过去一年,包括OPPO、vivo、小米、一加等在内的国产手机厂商纷纷加码对快充技术的军备竞赛,并将其作为差异化竞争的一个重点。2022年2月,OPPO对外展示了长寿版150W超级闪充和240W超级闪充,其中150W长寿版闪充拥有1600次寿命,并在年中正式量产。同年7月,vivo旗下品牌iQOO率先把快充功率提升至200W。

    图片来源:视频截图

    今年2月,realme还发布了搭载240W满级秒充的真我GT Neo5,带来“充电30秒,通话2小时”的使用体验。2月28日,小米集团创始人雷军在微信公众号表示,小米发布300W“秒充”技术,在该充电模式下,4100mAh电池仅需5分钟完全充满。

    在曹工看来,很多技术有一定的两面性,手机就这么大,要放这么多东西,总要有取舍。“300瓦会带来(电池)密度的降低,因为300W对电池的能量密度损伤会更大,比如说同样体积的电池,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,密度会降低,这是技术路径的选择问题。”

    此外,传统的手机电池一般采用锂离子电池,但是其能量密度有限,需要频繁充电,用户需要携带充电器,寻找充电插口也很不方便。与此同时,快充技术需要在手机和充电器之间建立更高功率的传输通道,以达到更快的充电速度。因此,用户要想使用快充技术需要充电器和手机都支持快充,才能发挥最大的充电速度。

    但在实际应用中,快充技术解决了用户的续航焦虑问题。特别是在电量快要消耗完的情况下,短时间救急,就显得意义重大。广发证券曾指出,智能手机步入微创新时期,快充提升使用体验将加速走向普及。中银证券则认为,第一波尝鲜5G手机的用户或在2023年迎来换机周期,今年影像、快充、内存、折叠屏将成为安卓系升级重点。快充方面,20~40W已经成为智能手机标配,行业正在向100~200W看齐。

    Counterpoint研究副总监齐英楠表示,技术上来看,增加电池密度门槛非常高,所以早期国产安卓厂商普遍的解决路径集中在快充上,提高充电速度,从而满足用户的痛点,相当于变相延长了用户的使用时间。但快充功率发展到200W以上后,充电效率带给用户的感知差别就不太大了,再往上提升的意义也不大。总体来看,相比于苹果、三星等,这是国产手机的整体优势。但电池密度的提升对手机厂商和电池厂商来说,应该是一个永久的方向。

    展望未来,Counterpoint预计,快充的竞争将逐渐趋于平稳,在短短几分钟内将空电池充满可能是这项技术发展的顶峰。“我们预计平均充电功率可能会稳定在100W以下,这对大多数消费者来说已经足够快,且还能优化成本效益。”

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