試問5年前有誰想到2021年的手機(jī)將會是什么樣子？

5G超高速通訊網(wǎng)絡(luò)讓人們隨時可以接入互聯(lián)網(wǎng)，將多年前僅限于通話的個人終端拓展出更多可能；強(qiáng)悍的處理器算力提供暢快的使用體驗(yàn)，甚至可以在手機(jī)上享受3A級 游戲 ；影像部分更是達(dá)到前所未有的高度，抬手即拍的就擁有與相機(jī)一戰(zhàn)之力的畫質(zhì)；屏幕更是從以前的3.5英寸最佳變成手機(jī)有多大屏幕就有多大。

唯獨(dú)，默默無聞為這么多高 科技 部件提供運(yùn)行電力的電池，卻難以突破自身界限，能量密度難以提升。人們另辟蹊徑，從提高電池的充電功率，從縮短電池的充電時間著手，也只能緩解容量不夠大的窘迫，不能解決根本性容量密度低下的問題。

石墨材質(zhì)負(fù)極制作的鋰電池已使用多年，經(jīng)過逐年發(fā)展容量提升已達(dá)到瓶頸狀態(tài)，想要獲得更長的續(xù)航只能依賴簡單粗暴的“增加電池尺寸”來提升容量，在如今追求輕、薄、手感的旗艦機(jī)中電池已成為木桶里最大短板。

誰能站出來？

2021年3月29日-30日小米連開兩場春季新品發(fā)布會，小米11 Pro、小米11 Ultra、小米折疊屏手機(jī)等重磅旗艦手機(jī)亮相，小米全球首發(fā)了硅氧負(fù)極電池，并成功量產(chǎn)搭載在小米11 Pro、小米11 Ultra身上，高能量密度、高壽命、高性能的硅氧負(fù)極電池相信會帶動電池行業(yè)邁向新的篇章。

電池原理

電池從結(jié)構(gòu)件來劃分主要由三個部件組成：陽極、陰極、與隔膜，通過卷繞堆疊等方式裝配，填充電解液后封入鋼殼或者軟性包裝內(nèi)，就變成人們常見的電池，鋼殼電池一般用于電動 汽車 上，數(shù)碼產(chǎn)品一般使用軟性包裝。

在充電過程中，外部電壓通過極耳施加到電池內(nèi)部，正極鋰離子釋放電子，在電場作用下穿過隔膜在電解液中遷移至負(fù)極，嵌入到負(fù)極石墨活性物質(zhì)內(nèi)部，電子被接收，完成充電儲能過程。外部帶載需要放電時，鋰離子釋放電子并從負(fù)極脫嵌，穿過隔膜向正極遷移，嵌入到正極，電子被正極活性物質(zhì)接收，完成電能釋放。

傳統(tǒng)石墨負(fù)極電池瓶頸

鋰電池正極材料有很多不同的配方，鈷酸鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁，這里暫不討論正極。負(fù)極材質(zhì)方面一般用石墨配方制作，石墨易取得且價格便宜，并且性能還行，所以石墨負(fù)極作為電池負(fù)極主要材質(zhì)已使用了幾十年。

石墨材質(zhì)負(fù)極電池多次循環(huán)后，架構(gòu)開始不穩(wěn)定，部分鋰離子無法嵌入到負(fù)極內(nèi)部只能停留在負(fù)極表面，慢慢堆積起來產(chǎn)生析鋰現(xiàn)象，可用與遷移的鋰離子越來越少，容量快速衰減，嚴(yán)重時會析鋰會變成鋰枝晶刺破隔膜，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路漏電甚至爆炸。容量方面?zhèn)鹘y(tǒng)石墨負(fù)極材質(zhì)鋰電池能量密度理論上限約為372mAh/g，目前技術(shù)已迫近理論值難以再往上突破，尋求新材質(zhì)配方勢在必行。

小米每代旗艦電池發(fā)展

小米歷代旗艦系列手機(jī)的電池容量發(fā)展，從上面的柱狀圖可以看到，小米歷代旗艦機(jī)型的電池容量基本上隨時間逐漸提升，但到達(dá)4000mAh之后容量增長開始放緩，電池容量最高為小米10的4780mAh，主要提升容量密度的方法是增大電池體積，可以看出傳統(tǒng)石墨負(fù)極電池能量密度已到達(dá)瓶頸狀態(tài)。

小米歷代旗艦手機(jī)的快充發(fā)展可以看出在小米9前面的18W快充保持了很久，小米5是2015年發(fā)布的機(jī)型，小米8是2018年發(fā)布的機(jī)型，18W快充整整用了3年的時間。小米的快充是在2019年的小米9及以后的機(jī)型中得到顯著的提升，也可以看出小米開始在快充技術(shù)方面開始發(fā)力，功率最高是小米10至尊紀(jì)念版，搭載了石墨烯基蝶式電池，功率達(dá)到120W，性能提升被能量密度拖了后腿。

硅負(fù)極新材質(zhì)電池挑戰(zhàn)

把硅材質(zhì)應(yīng)用到電池負(fù)極上需要面對幾個難題，一是硅顆粒在鋰離子充電時會膨脹，最大可膨脹至原來4倍，結(jié)果是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)坍塌，電極材料脫落。二是硅本身為半導(dǎo)體材料，相比常用的石墨負(fù)極，導(dǎo)電性差很多，鋰離子脫嵌不可逆程度大，也影響電池容量。

2019年，特斯拉在電池日活動上就介紹了特斯拉將開發(fā)硅負(fù)極材質(zhì)電池，通過在在硅原材料上涂抹特殊涂層達(dá)到穩(wěn)定硅結(jié)構(gòu)的作用，避免充電膨脹性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞。新能源 汽車 的成本占比中，電池組占比十分高，特斯拉使用硅負(fù)極電池主要是用于大幅度降低成本提升產(chǎn)能，迅速搶占新能源 汽車 市場。小米將硅負(fù)極電池應(yīng)用到數(shù)碼配件上，同樣要解決硅膨脹的物理特性才可以將其量產(chǎn)使用。

小米首發(fā)硅氧負(fù)極電池

小米11 Ultra并非首次使用硅負(fù)極材質(zhì)電池的小米手機(jī)，早在2019年9月，小米概念機(jī)MIX Alpha上就使用了納米硅碳負(fù)極材質(zhì)電池，在4050mAh容量的電池上實(shí)現(xiàn)了40W有線閃充。雖然MIX Alpha只是技術(shù)驗(yàn)證機(jī)型未量產(chǎn)，但也能看出小米在2019年甚至更早前，就已經(jīng)開始對電池新負(fù)極材質(zhì)進(jìn)行 探索 。

相比起第一代硅碳負(fù)極，這次小米11 Ultra用了更為成熟穩(wěn)定的硅氧負(fù)極材質(zhì)電池，屬于小米第二代硅負(fù)極電池技術(shù)，通過摻硅補(bǔ)鋰的方式在負(fù)極中使用了納米級硅氧化物，與第一代硅碳材質(zhì)相比擁有更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。硅氧負(fù)極有效避免充放電過程中硅顆粒膨脹導(dǎo)致破裂粉化，解決硅負(fù)極電池壽命問題，讓這種新材質(zhì)電池不止停留在概念上，進(jìn)入實(shí)際量產(chǎn)讓消費(fèi)者受惠。

狹窄空間內(nèi)的容量提升

目前旗艦機(jī)型電池容量一般在4000-4500之間，入門級產(chǎn)品反而經(jīng)常見到5000甚至以上的超大電池，為什么旗艦機(jī)型電池反而沒入門機(jī)容量大？因?yàn)槿腴T機(jī)型攝像頭模塊占據(jù)空間少，處理器性能釋放較為溫和無需額外投入大散熱規(guī)模處理，并且入門用戶對外觀手感設(shè)計(jì)等沒太大追求，所以入門機(jī)相對來說擁有更大的空間放入大電池。

而旗艦機(jī)型則不同，有看過拆解的小伙伴就知道，旗艦機(jī)型一般在性能方面都做到了全面堆料，影像部分?jǐn)z像頭模組占了巨大的空間，主板被擠壓到只剩下一丁點(diǎn)空間，強(qiáng)悍的處理器還要放入均熱板、熱管、石墨導(dǎo)熱貼等散熱模塊，還要預(yù)留空間給無線充電線圈，所以旗艦機(jī)型電池反而無法再做大。

傳統(tǒng)石墨負(fù)極材質(zhì)鋰電池能量密度理論上限為372mAh/g，目前技術(shù)已迫近理論值難以再往上突破。而硅負(fù)極材質(zhì)能量密度上限高達(dá)4200mAh/g，是傳統(tǒng)石墨負(fù)極材質(zhì)的10倍儲電能力，可以在相同的空間內(nèi)放入更大容量。

小米11 Ultra機(jī)內(nèi)結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)的三段式設(shè)計(jì)，機(jī)身厚度也僅為8.38mm，電池倉空間并未見有特別增大，就在這小小的空間內(nèi)，放入了5000mAh大容量電池，可見硅氧負(fù)極電池的確可以提升能量密度。雖然硅負(fù)極材質(zhì)電池能量密度十倍于石墨材質(zhì)電池，但小米11 Ultra作為首款搭載硅氧負(fù)極電池的量產(chǎn)數(shù)碼產(chǎn)品，小米并未將硅氧負(fù)極電池實(shí)力盡情發(fā)揮，而是做出了十分謹(jǐn)慎的處理，相信以后更多產(chǎn)品搭載硅氧負(fù)極電池的產(chǎn)品后，小米將會進(jìn)一步提升能量密度。

67W大功率快充

電池三塊拼圖，壽命、容量、性能，解決了壽命穩(wěn)定性并提升容量后，最后一塊拼圖就是性能：快充。前面已經(jīng)說過電池是卷繞堆疊的方式制作，連接外部的是極耳。極耳就好比是馬路，傳統(tǒng)電池用雙向單車道設(shè)計(jì)，所有車輛通行都在這道路上，速度受限于單車道只能低效前進(jìn)，就算 汽車 提速也會引起不穩(wěn)定，簡單來說就是傳統(tǒng)電池極耳少內(nèi)阻高只能慢充，大電流會發(fā)熱，難以提升充電功率。

小米11 Ultra電池用了MTW多極耳技術(shù)制作，多達(dá)20個極耳好比修建了對向10車道，大幅度增加了通行效率，大幅度降低內(nèi)阻，可支撐大電流充電并降低溫升。

小米11 Ultra配套充電器型號為MDY-12-ES，輸出功率67W，是小米私有快充系統(tǒng)內(nèi)常見的魔改A口PD充電器，支持5V3A / 9V3A / 11V6.1A / 20V3.25A，其中11V6.1A正是小米11 Ultra快充所使用的電壓檔。

小米11 Ultra內(nèi)部為ATL單電芯結(jié)構(gòu)，有線充電部分用2：1電荷泵充電技術(shù)，通過電壓減半電流加倍的方式進(jìn)行高效直充。按照電池電壓4.45V計(jì)算，實(shí)際充電器輸出8.9V6.1A，電池端直充功率將達(dá)到4.45V12.2A。從官方提供的數(shù)據(jù)中可以得知，小米11 Ultra只需36分鐘就可以充滿100%，不管是完全充滿還是碎片化充電都非?？焖佟?

充電頭網(wǎng)總結(jié)

石墨負(fù)極電池技術(shù)已達(dá)到瓶頸難以提升能量密度，只能通過增大體積來增加容量，這限制了所有用電設(shè)備的設(shè)計(jì)、使用、體驗(yàn)，比如手機(jī)要么做輕薄失去大容量電池，要么做成板磚那么厚來提升續(xù)航。

小米成功攻克新材質(zhì)電池技術(shù)全球首發(fā)硅氧負(fù)極電池，納米硅氧負(fù)極材質(zhì)保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定達(dá)到長壽命效果，能量密度的提升讓小米11 Ultra在8.38mm機(jī)身厚度內(nèi)，放入容量高達(dá)5000mAh的大電池，MTW 20極耳技術(shù)讓它支持67W電荷泵高壓直充。這意味著小米已掌握手機(jī)鋰電池核心技術(shù)，補(bǔ)足了木桶最大的一塊短板，并且會帶動整個行業(yè)全面進(jìn)入新材質(zhì)電池的開發(fā)當(dāng)中。

小米在春季新品發(fā)布會上宣告進(jìn)軍新能源 汽車 領(lǐng)域，擁有硅氧負(fù)極電池的技術(shù)儲備將會成為小米殺手锏，因?yàn)殡姵亟M是新能源 汽車 成本構(gòu)成的大頭，硅負(fù)極材質(zhì)電池大容量、低成本、高性能完美貼合新能源 汽車 行業(yè)，相信小米硅負(fù)極材質(zhì)電池將會顛覆新能源 汽車 現(xiàn)有的格局，改變整個生態(tài)。

本文探討了小米在新材質(zhì)電池領(lǐng)域方面的突破，下一篇文章充電頭網(wǎng)將會繼續(xù)探討小米在無線充方面的黑 科技 ，如何實(shí)現(xiàn)67W無線充的商用量產(chǎn)。