是供应链技术还是自研？国产手机续航暴涨背后的秘密

是供应链技术还是自研？国产手机续航暴涨背后的秘密如果你有用过最近一年发布的国产旗舰机型，你就会发现它们的续航有了长足的进步，基本都可以做到两天一充。短短十几年间，手机电池如何发展到现在的水平？近一年来厂商们相继推出的青海湖电池、蓝海电池、金沙江电池等技术又是什么？为何时间节点如此接近？▲图源小米从镍到锂的飞跃新生代的手机用户可能没听说过“电池没用完就充电，会让电池容量变小”这种神奇的理论，而这正是早期手机所使用的镍镉电池的一大缺点——记忆效应。后来就出现了镍氢电池，记忆效应得到了明显改善。直到千禧年前后，锂离子电池的材料和制造技术经历了重大的革新，成本大幅下降，能量密度提高，且解决了电池记忆效应的问题。这些改进使得锂离子电池迅速成为手机行业的标准选择，整个行业也正式进入了锂电时代。传统的锂电由于使用了液态电解质，限制了电池的形状和大小。因为必须确保电解质在电池内部保持稳定，同时还要防止泄漏和腐蚀，所以通常会采用硬质的外壳，从而限制了电池的形状设计。此外，液态电解质在高温或过充的情况下可能会膨胀或燃烧。后来便进化出现在业内广泛采用的锂聚合物电池，采用的是胶状或者固态电解质，采用铝膜包装，体积和形状更加自由，可以灵活适应内部空间越来越紧凑的电子产品。而且电池的热稳定性和机械稳定性也更好，从而减少安全风险。手机电池技术发展到锂聚合物之后，很长一段时间都再没有大幅升级，因为锂电中石墨负极的局限性逐渐显现。石墨负极的理论比容量限制在372mAh/g，且锂离子的扩散速率较低，这些因素都限制了电池能量密度的提升和快速充电能力。除了材料本身的性能缺点，天然石墨作为一种不可再生资源，也面临着很多问题。据美国地质调查局（USGS）的数据，2020年全球石墨储量约为3亿吨，按照目前的开采速度，预计到2050年全球石墨资源将耗尽。同时，天然石墨作为一种自然资源，与天然气、石油等一样也会受到地缘因素的影响，供给并不稳定。人造石墨在一定程度上可以避免天然石墨所带来的问题，但人造石墨生产过程中需要消耗大量能源，并且产生大量废水，如果不妥善处理，会造成严重的土壤和水源污染，与被称为“环保”的“新能源”背道而驰。还有商业中最重要的影响因素：利益。以目前的生产工艺来说，同样纯度的人造石墨要比天然石墨贵20-30%。而随着天然石墨资源越来越少，天然石墨的价格也会越来越贵。因此，寻找石墨的替代材料成为了锂电行业最重要的发展方向之一。锂电的次世代：硅碳负极无论是青海湖电池、蓝海电池还是金沙江电池，它们在宣传中都不约而同地提到了“硅碳负极”，这也是解决目前电池难题的关键技术。上文提到石墨作为负极材料的缺点，那么有没有其他材料可以代替它呢，有，那就是硅。硅作为负极材料，具有高达4200mAh/g的理论比容量，几乎是石墨的11倍。这意味着，使用硅负极的锂电池在理论上可以大幅提升能量密度，从而延长电池的使用寿命和减少充电次数。然而，硅材料在充放电过程中会发生高达300%的体积膨胀，这种显著的体积变化会导致电极材料的破裂，从而降低电池的循环寿命。▲图源Group14为了克服这一挑战，科学家们开发了硅碳复合材料。通过将纳米硅颗粒与碳材料结合，可以利用碳材料的稳定性来抑制硅的体积膨胀，并通过碳的导电网络来提高整体的电导率。尽管硅碳负极技术在提升电池性能方面具有巨大潜力，但其工艺难点仍然存在。硅碳负极的制备需要精确控制材料的纳米结构，以及确保硅和碳的均匀分布。此外，电池制造过程中的首次效率和循环稳定性也是需要克服的关键挑战。Group14与ATL其实早在上世纪70年代，硅碳负极电池技术就已经通过了可行性验证，为何直到近一年我们才看到大量消费终端采用呢？这就不得不提到2个公司，一个是我们熟知的ATL（新能源），也就是宁德新能源和东莞新能德的母公司，另一个则是初创公司Group14。▲图源Group142023年2月28日，Group14正式宣布已向ATL供应SCC55材料，为下一代智能手机等3C产品提供动力，并表示很快就有使用SCC55电池材料的手机面世。在一周后的3月6日，荣耀就发布了全球首款搭载硅碳负极电池技术的智能手机——Magic5系列，行业媒体TechInsights也证实该技术的实施由Group14的电池材料产品SCC55主导。▲图源微机分WekiHome在知名拆机Up主微机分的视频中我们也可以看到，无论是青海湖电池、蓝海电池还是金沙江电池，它们都由新能德公司生产，并且采用ATL电芯。我们基本可以以此猜测它们所采用的硅碳负极技术都使用了Group14的SCC55材料。为什么一定是Group14的SCC55？因为目前能大规模量产硅碳负极材料的公司并不多，而Group14是其中份额最大的。明日之星：SCC55在正式介绍SCC55之前，我们先来简单了解一下Group14是个怎样的公司。硅在元素周期表中的排第14位，这就是Group14中“14”的来源。这家公司成立于2015年，致力于将锂离子电池转化为锂硅负极电池，帮助解决能源存储难题，先后获得ATL、SKMaterials、保时捷等公司的投资，累计金额超过6亿美元，是锂电行业炙手可热的明日之星。▲图源Group14硅碳负极作为一种新兴技术，国内外有不少公司都在攻关，融资也拿了不少，甚至还有不少在“PPT”上都放出了非常惊人的参数。但是很多仍然停留在实验室状态甚至理论状态，远远未能达到量产要求。而Group14几乎是最早实现大规模量产的，在应用方面也有着无可比拟的优势。▲图源Group14SCC55的独特之处在于其结构设计。该材料由嵌入碳支架中的硅纳米颗粒组成。这种结构允许硅颗粒与电解质充分接触，从而提高电池的充放电效率。此外，碳支架还提供了机械支撑，防止硅颗粒在充放电过程中膨胀和收缩。因此，SCC55硅负极电池的能量密度比传统锂离子电池高出50%，并且充电速度更快，理论上只需要几分钟。SCC55材料投产起来也很方便，从纽扣电池到软包电池，制造商可将SCC55无缝投放到任何锂离子电池生产线、超级工厂或电池设计中，而无需重新调整工艺。比起概念，规模化量产才是盈利的根本。Group14的两步工艺使规模化变得简单，首先合成碳来创建碳支架，然后在支架内部创建硅并调整内部空隙，最终形成神奇的SCC55。而具体的工艺细节，早已被Group14申请了全球专利，成为其商业帝国的基石。▲图源Group14Group14还设计了一种可轻松复制的流程，可以在需要的地方建造各种规模的工厂（BAM工厂）。每个模块都自成一体，每年可生产材料达10GWh。还可以根据需要将任意数量模块组合在一起，形成任意规模的BAM工厂。▲图源Group14产能方面，Group14位于美国华盛顿州伍丁维尔的BAM-1工厂目前为超过65家客户供货，这些客户占全球电池生产市场的95%，另外也正在亚洲、欧洲等地区部署BAM工厂。可以确定的是BAM-1工厂的产量已超过10GWh，大约可以满足10-20万辆电动车使用。如果投产顺利，位于华盛顿的BAM-2工厂产能将会达到BAM-1的2倍，将在2024年成为全球最大的先进硅负极电池技术工厂。写在最后机圈里常有人调侃：不都是供应链技术，讲什么自研。我们从结果上来看，这几家的硅碳负极电芯都是来自ATL，而且大概率就是采用的SCC55材料，好像确实这么一回事。但其实，供应链与厂商之间的交流并不是单向的，很多材料、技术的应用往往是双方共同努力的结果。类比一下，供应链技术就像食材，最终...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432576.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432576.htm