马斯克点燃的这项技术,快被华为、荣耀等手机厂商卷疯了

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划重点

01国内头部手机厂商如华为、荣耀、vivo、小米、OPPO等纷纷推出搭载硅碳负极电池的手机,如华为的巨鲸电池、荣耀的青海湖电池等。

02硅碳负极电池技术可以提高电池能量密度,缓解用户续航焦虑,同时降低成本。

03由于电池原材料价格下降,手机厂商在快充、无线充电和拍照成像等方面领先于苹果和三星。

04然而,硅碳负极电池技术仍面临体积膨胀和收缩等问题,需要手机厂商在软件应用、芯片和电源管理等方面进行整体架构设计。

05未来,硅碳负极电池技术有望应用于中低端手机,提升电池容量每年约10%的增长。

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图片来源:视觉中国
作者 | 安然
编辑 | 叶锦言
出品 | 深网·腾讯小满工作室
近日,一加手机推出首款搭载“冰川电池”的手机Ace3 Pro,至此,国内头部手机厂商在硅碳负极电池上集合完毕。华为有巨鲸电池,荣耀有青海湖电池,vivo有蓝海电池,小米有金沙江电池,OPPO有冰川电池。
虽然各大手机厂商给自家电池取名各不相同,但都不约而同的指向了硅碳负极电池技术。这个技术可以拆解为两块——负极,锂离子电池的重要组成部分,与正极对应;硅碳,负极的“填充”材料。
现如今“卷”电池技术的手机厂商们,竞争早已进入存量市场。市场研究机构Counterpoint曾预测,智能手机的换机周期长达43个月,达到历史最高水平。而据IDC数据,2023年全年中国智能手机市场出货量约2.71亿台,同比下降5.0%,创近10年以来最低出货量。
围绕技术,手机厂商还可以讲什么新故事来拉动增长?这些年手机厂商围绕着处理器、影像、屏幕、续航甚至是OS系统的较量从未停止。近一年,国内手机品牌的宏大叙事,定格在了手机电池上。
“中国当下还在一个快速迭代和竞争的过程中,消费电子非常内卷,消费电子领域很多应用是中国来定义的,比如中国安卓手机的充电速度是苹果的5倍,需求是中国客户提出来的,逼着中国的公司要做到全球最好。”耀途资本创始合伙人杨光告诉《深网》。
华为率先商用碳硅负极技术
首次在手机圈落地硅碳负极电池是荣耀。2023年2月27日,荣耀在巴塞罗那世界移动通信大会上推出Magic5 Pro,其搭载的青海湖电池就使用了硅碳负极电池技术。
虽然荣耀在Magic5 Pro上首发青海湖电池,但用户对青海湖电池的感知更多来自其半年后发布的两款折叠手机——Magic V2和V Purse。其中,闭合形态厚度仅9.9mm的Magic V2带着折叠屏手机进入毫米级时代;而重214g的折叠手机V Purse比苹果15 Pro max和华为mate60 Pro还轻。
荣耀这两款折叠机之所以能解决折叠手机“太重太厚”的缺点,秘诀之一就是青海湖电池,其背后的碳硅负极电池技术不仅可以有效减小电池体积,还可以为屏幕和摄像头模组等腾挪出更多空间,让手机变得越来越薄。
反映在销量上,2024年Q1,荣耀在国内折叠手机市场的市占率为26.7%,与2023年第四季度17.7%的市占率相比,提升了9个点(IDC数据)。
从结果上看,荣耀吃到了硅碳负极电池技术商用的“头啖汤”,但有知情人士对《深网》透露,“最早将碳硅负极技术商用的是华为,只是当时华为没大规模宣传。荣耀青海湖电池一炮而红后,vivo、小米、OPPO等才相继使用硅碳电池。”
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据公开资料显示,2019年7月31日,华为申请了一项名为“硅碳复合材料及其制备方法和锂离子电池”的专利,并于2021年2月2日公开,申请公布号为CN112310363A。这项专利涉及硅碳复合材料的使用,旨在延长电池的使用寿命并提高其性能。
对于青海湖电池技术和华为的关系,荣耀CEO赵明曾在接受《深网》采访时表示,“荣耀从华为独立出来后,就在布局智能手机的各个领域。电池是手机性能的根基,荣耀专门成立了电池团队,经过几十种方案对比,对硅的含量进行不同的测试,最终自研了青海湖电池解决方案。”
值得注意的是,虽然荣耀、vivo、小米、OPPO都宣称自家的电池技术是自研的,但有供应链人士对《深网》透漏,“硅碳电池的原始材料差别不大,又都是和ATL(宁德新能源)合作研发,所以各家在硅碳负极电池技术本身没有太高的壁垒,关键看如何在软件应用、芯片和电源管理等方面进行整体架构设计。”
对此,一加中国区总裁李杰告诉《深网》,“所有技术最终都是为了服务用户。不同手机厂商自研硅碳负极电池最大的区别是对用户体验的理解。比如电池密度、充电速度、安全性、电池寿命、电池稳定性等。不同厂商会根据用户不同的需求做取舍。”
快充向左,增容向右
2023年之前,国内手机厂商主要通过研发和迭代快充技术以解决用户的续航焦虑,具备30W以上充电功率的智能手机一般能在一小时里为耗尽电量的手机充满电。
据市场调研机构Counterpoint 数据显示,截至2023年第一季度,全球快充智能手机销售额占比80%,平均功率达34W,而2022年第一季度和2018年第一季度分别为30W和18W。
今年,头部手机厂商的闪充功率已经提升至100W以上。比如,vivo X100的120W双芯充电,仅需11分钟就可以充到50%。
问题是,快充技术在提高充电速度的同时,也会影响电池的使用寿命。比如,高功率快充产生的高热量是电池老化和性能衰退的主要原因之一。
有供应链人士对《深网》透露,“当电池通过快充技术充电至其容量的80%-90%左右,就会从快速充电模式切换到涓流充电模式,以延长电池的使用寿命。”
IDC中国研究经理郭天翔对《深网》分析,“快充效率在超过一定效能阈值后,消费者感知明显下降。快充还有散热、安全、重量等问题,当快充对续航的贡献率触及天花板后,手机厂商就把目标转向到提升电池容量上。”
此时,能提高“单位能量密度”的硅碳负极电池技术就进入了头部手机厂商的视野。
很长一段时间,电池负极材料的主流选择是碳元素,比如石墨。由于石墨具有良好的导电性和稳定的循环性能,很长一段时间,石墨负极是锂离子电池商业化初期的理想选择。
但石墨的理论容量(在理想条件下,材料可以达到的最大锂离子存储量)有限,在小巧的智能手机上,如何在不增加电池板面积的情况下提高手机电池的续航,一直是手机厂商研发的重点。
较早看到石墨负极会阻碍电池能量密度提升的是特斯拉创始人埃隆.马斯克。
特斯拉2012年生产和交付的Model S采用18650型锂离子电池,其负极材料主要是石墨。为推出价格更亲民的车型,特斯拉希望在提高电池能量密度的同时降低电池的制造成本。为此,特斯拉和松下合作研发了21700型电池单元,并用于特斯拉Model 3上。
公开资料显示,21700电池的能量密度之所以比18650电池提升约20%左右,原因之一是松下改进了该电池的化学成分,尝试使用硅作为电池的负极材料。天风证券曾测算,21700电池最初的硅基负极添加量为5%。
在电池负极中加入硅材料之所以能提高电池能量密度,是因为硅(Si)和碳(C)在元素周期表中属于“同族兄弟”,在化学属性上有诸多相似之处。不同的是,硅的理论容量约是石墨材料的10倍,这意味着,如果硅材料可以被有效利用,电池的能量密度会被显著提高。
不过,由于硅材料在充放电过程中会经历巨大的体积膨胀和收缩,这会导致材料结构的破坏和循环性能的衰减。按照“动力电池必须要能够循环1000次以上”的国际标准,直接用纯硅替代石墨作为电池负极材料的路行不通。
所以,华为、荣耀、vivo、小米、OPPO等头部手机厂商选择在电池的负极中掺入一定的硅,以自研硅碳负极电池技术及解决方案。
至于要在电池负极中往碳里面掺多少硅,如何控制成本,就要看各个手机厂商的技术和手艺了。比如,OPPO的冰川电池宣布其做到了6%负极硅碳含量;小米金沙江电池最高硅含量为6%;荣耀宣布其第三代青海湖电池硅含量突破10%。
卷电池背后的经济账
事实上,头部手机厂商卷硅碳电池除缓解用户的续航焦虑外,背后还有一笔经济账。
“从去年开始,受生成式AI、行业周期等因素的影响,包括内存,芯片、封测等在内的上游供应链正纷纷涨价,而电池的原材料价格是下降的,所以手机厂商卷电池没有负担。”郭天翔对《深网》分析。
在SoC芯片方面,有知情人士透露,“今年年初,高通骁龙8 Gen3等在售芯片的价格已从之前的160美元跃升至200美元,涨幅达到25%”。而据外媒WCCFtech报道,高通骁龙新一代移动平台SM8750(骁龙8 Gen 4)的成本预计将激增约25%,这主要归因于台积电采用的先进3nm工艺。  
在内存方面,三星电子、美光等存储器大厂在今年第一季度将DRAM价格调涨15%-20%,二季度DRAM合约价涨幅上调至13%至18%(据TrendForce集邦咨询数据)。
在图像传感器方面,有消息称,三星已向手机制造商发出通知,要求将其成像传感器的价格上调25%,新价格在2024年初生效。
反观电池的原材料价格。从2023年开始,电池级碳酸锂的价格一直在下降。
据生意社商品行情分析系统,2023年12月31电池级碳酸锂国内混合均价为103000元/吨,与1月1日均价525000元/吨相比下降了80.38%。2024年,碳酸锂以10.1万/吨的价格开局,6月碳酸锂出现了明显跌势,接连跌破10万元和9万元两个关卡。
手机芯片、内存等手机元器件竞相涨价,唯有降价的电池原材料局部缓解了手机厂商的涨价焦虑。“用不了多久,手机厂商就会把硅碳电池下放至中低端手机。在碳硅负极电池技术的加持下,电池容量每年会保持约10%增长。”郭天翔预测。
手机厂商增长的故事这次卷到了“电池”,这种卷,带来直接效果就是中国手机厂商在续航处于领先地位。“中国手机目前在快充、无线充电和拍照成像这块,中国的手机要比苹果和三星做的好很多。”杨光告诉《深网》。
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