转自：成都日报锦观

电量大提升！手机电池的“版本答案”来了？

传统手机电池受制于体积、重量限制，提升容量有明显门槛。

火车站中为旅客提供的免费充电区。 图据新华社

大容量电池普及后，充电宝等有望被移除出门必带清单。

云浪 文

随着暑期数码消费热的到来，以手机为代表的数码产品迎来了一波“销量潮”。在挑选新手机的过程中，许多人惊喜地发现，手机电池的容量真正实现了“加量不加价”。在去年的同时期，主流的手机电池容量还在4000-6000mAh（毫安时）区间徘徊，到了今年，哪怕是面向主流走量市场，也有不少配置了7000mAh甚至8000mAh的机型可供选择，对此有网友调侃：“万万没想到，居然手机电量都能媲美‘充电宝’了。”

手机电池容量在“加量不加价”的同时，还能够保持重量的基本持平，这一现象背后离不开新技术的赋能，而新密钥就是近期热议的“硅碳负极电池”。那么这个对于公众而言显得神秘且生僻的新技术到底是什么？它为何能够实现手机电池的电量扩容？电池技术的革新背后，又有着怎样的利弊与未来？

硅元素 跃入石墨海的“鲶鱼”

在智能手机普及之后的很长一段时间里，“续航焦虑”就一直困扰着使用者。更大的屏幕、更强的性能、更多的应用……意味着手机更高的功耗和更短的续航，因为受制于手机的尺寸与质量，智能手机无法再现非智能机时代一周一充的“辉煌”，一天一充甚至一天多充逐渐成为常态。电池容量的“不给力”，也催生了充电宝、快充等技术的发展，人们一直在性能与续航中努力寻求一个最优解，以提升智能手机的使用体验。

透过现象直击本质，限制智能手机续航的根本原因在于电池技术没有得到质的突破。从20世纪90年代初，索尼发布首个商用锂离子电池之后，电子产品的电池技术就一直在正极锂元素、负极石墨以及液态电解质的基础架构上反复优化和小提升，直到30多年后，依然没有产生颠覆性的技术革新。

虽然在商用领域，电池技术发展相对缓慢，但在科研领域，研究者们却从未停止过对新电池技术的研究与开发，进入21世纪后，有多个版本的新电池技术方案先后出炉，其中名气最大的，一个是使用固体电极和固体电解质的固态电池；而另一个，则是本文的主角——硅碳负极电池。

硅碳负极电池能够大幅度提升电池容量的奥秘，就隐藏在它的名字里。传统的锂电池，主流负极材料使用的是石墨，这种材料来源广、价格低、安全性高、工艺成熟，但却存在一个无法绕开的致命缺点，比容量低。石墨的理论比容量只有340-370mAh/g（毫安时每克），这种特性在客观层面几乎锁死了传统锂电池的性能上限，要突破这个束缚，让电池容量得到大幅度的提升，在材料上另寻他径就成为选项之一。

电池石墨负极的新补充替代材料，在大规模铺货的手机产品所配备的电池上已经给出了答案，那就是硅。对于硅的特性，此前搜狐创始人、麻省理工学院（MIT）物理学博士张朝阳有着精辟且准确的解释：“电池要靠带正电的锂离子来传导，要把锂离子存储，存到两边形成一定的电压，石墨的6个碳原子，才能容纳住1个锂离子。而硅和碳是同一列，外层结构是一样的，但是比碳多了一层，1个硅原子能够容纳近4个锂离子，所以加了硅之后，能量存储密度能够提升到一个数量级。”

从材料特性上看，硅基负极材料的比容量高达4200mAh/g，在理论值上超过石墨10余倍。在传统锂电池负极的石墨材料中，加入一定的硅元素，就仿佛一条“鲶鱼”跃入了石墨海中，能够在单位体积里显著提升电池的容量，或者是在单位容量下减少电池的空间占用以及重量占比。

硅碳负极 给“鲶鱼”套上“缰绳”

硅元素作为电池负极材料，虽然在比容量上远超石墨，但是也并非完全没有副作用。科研工作者发现，硅在充放电时，体积会急速膨胀，最高可达300%，这个数据远超石墨10%左右的膨胀率，正是因为这个特性，使得硅元素作为负极材料时，电池内部结构会承受极高的压力，而且这样的体积膨胀和缩小是持续发生的。打一个简单的比方，就像一根金属弹簧，如果在极大外力作用下频繁拉伸和压缩，很快就会产生金属疲劳，进而造成材料结构被破坏。体现在电池上，那就是会直接造成电池的循环充放电次数减少，一块电池充不了几次电后，可能就坏掉了。

除了使用寿命缩短外，电池的能量密度和充放电效率也会随着使用时间大幅度下降，或许用户在一年后，新手机的电池就只剩下70%甚至更低的电容量，比起传统电池而言，完全没有任何优势。

于是针对硅这种高容量但易快速衰减的属性，科研工作者做了许多工作来寻找一个“折中”点。目前最主流的解决方案就是通过纳米化、碳包覆等手段改善硅基材料的体积膨胀问题，把纳米级硅颗粒包裹在碳基骨架里，形成既有高容量、又有较好导电性和循环稳定性的复合材料电池。用碳元素为硅元素套上一条“缰绳”，来驯服这条精力旺盛但耐力不足的“鲶鱼”，这也是硅碳负极名称的由来。

除此以外，还有部分厂商通过锁定一定电池容量来保证电池循环次数，依靠着主动的“缩水”，让电池拥有更久的使用寿命，也算是技术革新在过渡阶段上的一种求稳的手段。

其实从2023年开始，就有厂商开始应用此项技术来生产电池，但受制于性能提升有限、成本过高等因素，并没有大规模普及。直到2024年，各大厂商的硅碳负极电池初步进入成熟期后，才开始较大规模地出现在公众的视野当中，荣耀的青海湖电池、OPPO的冰川电池、小米的金沙江电池等，都是基于硅碳负极这一技术基础研发出来的前端产品，并于今年大规模地运用在其手机之中。

今年的暑期数码热，让更多配置了大容量电池的手机产品出现在消费者的视野里，曾经只有高端型号才能配置的6000mAh电池，今年已经成为主流，配备7000-8000mAh电池的手机产品也不再稀奇，甚至还有手机厂商宣称即将上线配备10000mAh电池的手机产品。

根据消费者的购买反馈，大容量电池对于手机续航的提升是显而易见的，特别是重度手机用户，15个小时以上的“亮机时间”已经让“续航焦虑”状态得到了有效改善，在得到了硬件的支持后，充电器和充电宝有望被移除出门必备的清单当中。

为何在极短的时间里，中国的手机品牌能够快速转换赛道，将采用了硅碳负极技术的电池大规模铺货？这当中离不开中国在新能源产业上的深厚积累。20世纪90年代，面对日本在液态电解质锂离子电池技术和产业化方面的先发优势，中国科研人员奋起直追。1998年，陈立泉（2001年当选为中国工程院院士）团队成功推动建成中国第一条液态锂电池中试生产线，为中国锂电产业的发展照亮了前行的道路，为后续大规模量产奠定了坚实的根基。

在全球整体锂电池产业中，手机锂电池的竞争尤为激烈。而我国在这一关键技术领域的自主创新步伐从未停歇。从技术创新进程来看，中国电池产业也正不断迈向新高度。在硅碳负极材料等一系列新型材料的量产应用以及供应链上下游企业自研技术的推动下，手机电池正加速迈向高性能。中国科学院物理研究所研究员李泓指出，中国手机电池正从单纯卷容量的1.0时代，迈入了一个卷性能、卷技术的2.0时代，在市场份额和前沿技术突破等维度领跑全球。

时至今日，福建宁德、江苏常州、湖南长沙、四川宜宾、四川遂宁、青海西宁等城市相继建成了以锂电为代表的新能源产业集群，中国液态锂电池在国际市场上独占鳌头，全世界超70%的锂电池产自中国。

快充降级 定“版本答案”还为时尚早

细心的消费者在购买新手机后，发现了一个变化，那就是充电器的功率下调了。据网友反馈，当下在售的配备硅碳负极大容量电池的手机，普遍充电器功率都在100W及以下。

厂商的这一举措，让许多消费者感到困惑，因为就在去年，各个厂商都在快充、超充技术上疯狂内卷，手机充电器的功率从100W到120W，再到200W甚至240W，得益于手机快充技术的支持，低电量的手机在10多分钟里就能充满电，从而提升手机的续航力，甚至不少城市在诸如火车站、机场、购物广场中都专门设置了用户充电区，方便公众随时随地“充电”。

为什么在更大容量的电池出现后，快充、超充技术就开始退潮了呢？

这其实与硅碳负极电池大规模普及可谓是息息相关，快充技术与硅碳负极电池颇有些“既生瑜，何生亮”的意味，虽然二者都是为了提高手机续航能力而点出的“科技树”，但这两条支线的“科技树”在某种程度上却是有冲突的。正如前文所述，硅元素在充电过程中容易膨胀，如果充电速度过快，会在极短时间里出现大规模的膨胀现象，轻则缩短手机电池的使用寿命，重则造成电池爆炸等安全问题。用一个简单的比喻，气球如果打气打得过快、过猛，就容易爆掉，当含硅元素的手机电池遇上快充也是同样的道理。

当两个“科技树”出现冲突的情况时，那么无论是厂商还是用户，就必须面临一个选择，到底谁的收益才更高呢？从目前来看，市场选择大容量电池的倾向无疑是更高的，在保证安全性的前提下，虽然硅碳负极电池和快充技术都能提高手机续航，但前者是几乎不受限的，而后者则受制于场地、时间以及额外负担等多重限制，孰优孰劣已经一目了然。

随着配置了硅碳负极电池的手机大规模铺货，有效地缓解了当下智能手机存在的“续航焦虑”问题，但就此定论手机续航已经收获了“版本答案”还为时尚早。硅碳负极电池技术有前景有潜力，但或许并非是最优解，更可能是一种革命性技术面世前的过渡方案。其中最大的制约，就是受制于硅元素本身的材料特性，不可能无限制地依靠提升硅元素在负极中的占比来提高电池容量，当材料天花板被触及，那似乎也意味着这条“科技树”的潜力也将达到上限。

未来，或许会属于同时兼容大容量、快充技术、高安全性等特性的新电池技术，让我们拭目以待。