手機電量可提升 10 倍?矽氧負極電池技術有多強?

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文章來源:Qooah.com

日常生活對智能手機的需求越來越大,不管通訊、拍攝、導航、付款都要用到,電量消耗更多,每日都要攜帶最少一個外置充電器,充電一至兩次,相當累贅,各大手機品牌都不停研究如何可以有效提升手機的續航力,而早前某手機商就率先採用「矽氧負極電池」技術,表示能夠帶來比傳統石墨電池多 10 倍的容量,而且體積更薄、充電更快,到底「矽氧負極電池」技術是什麼呢?

什麼是「矽氧負極電池」?

「矽氧負極電池」是否就用矽取代傳統石墨?而是將矽負載在石墨上,設於電池的負極位置,傳統石墨負極能量密度只有 372mAh/g,而矽材料的理論能量密度可達 4200mAh/g,帶來理論上 10倍於傳統石墨材料的鋰離子電池的儲存能力,同時能夠讓矽顆粒不易被裂粉化,具備極高的充電效率。

Source:163.com
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矽負極電池早在幾年前就已經被業界重視並著力研發,目前已經應用在部分電動車的電池上,而小米就率先嘗試將電池用在手機上,小米11 Ultra 搭載了 5000mAh 的矽氧負極電池。

「矽氧負極電池」有什麼好處?

現時採用石墨材料負極的電池難以有所升級,因為無法提升石墨的電池儲存能力,要提升電量,就只能加大電池體積,會使手機變得更厚更重,外形設計上更為困難,部分手機會用上雙電池設計,雖然能提升電量,但無助解決體積問題。

每1個碳可以儲存1/72個鋰電子,而每一個1個矽可以儲存4.4/28個鋰電子。看不明白不重要,重點就是當在同一容量下,矽的鋰離子存量是碳的 11倍以上。

由於「矽氧負極電池」擁有較傳統石墨更高的儲存能力,所以「矽氧負極電池」另一大賣點就是在相同容量下,體積可以更細小,能提供高容量電池,同時可讓手機保持輕薄。

「矽氧負極電池」有沒有缺點?

在電池負極上使用矽材質需要面對兩個問題,矽顆粒在充電時會膨脹,膨脹率可達 300%,而放電時體積會收縮,反覆的體積變化容易引致矽顆粒破裂、材料粉化、極片脫落等,導致循環性能較差,電池壽命較短。另外,矽本身為半導體材料,相比常用的石墨負極,導電性差很多,影響電池容量,首次充電效率低。

Source:小米手機@微博
Source:小米手機@微博

現時主要的解決方法是通過納米化、氧化亞矽及碳包覆等手段形成矽碳復合材料,減小體積效應對矽顆粒破壞,從而提升循環性能。

而小米採用的解決方法就是採用納米級矽氧化物,小米早在 2019 年 9 月就在概念機 MIX Alpha 上使用了碳包覆的納米矽碳負極材質電池,小米11 Ultra 就採用了更成熟穩定的矽氧負極材質電池,屬於小米第二代矽負極電池技術,通過「摻矽補鋰」的方式在負極中使用了納米級矽氧化物,與第一代矽碳材質相比擁有更加穩定的結構,有效避免充電、放電過程中矽顆粒膨脹導致破裂粉化,解決矽負極電池壽命問題。

「矽氧負極電池」的發展?

石墨負極電池技術已達到瓶頸,難以再提升能量密度,只能通過增大體積來增加容量,這限制了所有設備的設計、使用、體驗,所以作為矽負極電池作為未來電池材料的新方向,Tesla 已經率先應用在新能源汽車上,而對電池有著高要求的手機行業可能會重點進行開發、研究,使未來手機能夠在保持輕薄機身的同時,也能保留有大容量電池,充電亦更快,續航力更強。

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