試問5年前有誰想到2021年的手機將會是什麼樣子？5G超高速通訊網絡讓人們隨時可以接入互聯網，將多年前僅限於通話的個人終端拓展出更多可能；強悍的處理器算力提供暢快的使用體驗，甚至可以在手機上享受3A級遊戲；影像部分更是達到前所未有的高度，抬手即拍的就擁有與相機一戰之力的畫質；屏幕更是從以前的3.5英寸最佳變成手機有多大屏幕就有多大。

唯獨，默默無聞為這麼多高科技部件提供運行電力的電池，卻難以突破自身界限，能量密度難以提升。人們另闢蹊徑，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。

石墨材質負極製作的鋰電池已使用多年，經過逐年發展容量提升已達到瓶頸狀態，想要獲得更長的續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、手感的旗艦機中電池已成為木桶裡最大短板。

誰能站出來？

2021年3月29日-30日小米連開兩場春季新品發布會，小米11 Pro、小米11 Ultra、小米折疊屏手機等重磅旗艦手機亮相，小米全球首發了矽氧負極電池，並成功量產搭載在小米11 Pro、小米11 Ultra身上，高能量密度、高壽命、高性能的矽氧負極電池相信會帶動電池行業邁向新的篇章。

電池原理

電池從結構件來劃分主要由三個部件組成：陽極、陰極、與隔膜，通過捲繞堆疊等方式裝配，填充電解液後封入鋼殼或者軟性包裝內，就變成人們常見的電池，鋼殼電池一般用於電動汽車上，數碼產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極，嵌入到負極石墨活性物質內部，電子被接收，完成充電儲能過程。外部帶載需要放電時，鋰離子釋放電子並從負極脫嵌，穿過隔膜向正極遷移，嵌入到正極，電子被正極活性物質接收，完成電能釋放。

傳統石墨負極電池瓶頸

鋰電池正極材料有很多不同的配方，鈷酸鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁，這裡暫不討論正極。負極材質方面一般採用石墨配方製作，石墨易取得且價格便宜，並且性能還行，所以石墨負極作為電池負極主要材質已使用了幾十年。

石墨材質負極電池多次循環後，架構開始不穩定，部分鋰離子無法嵌入到負極內部只能停留在負極表面，慢慢堆積起來產生析鋰現象，可用與遷移的鋰離子越來越少，容量快速衰減，嚴重時會析鋰會變成鋰枝晶刺破隔膜，導致電池內部短路漏電甚至爆炸。容量方面傳統石墨負極材質鋰電池能量密度理論上限約為372mAh/g，目前技術已迫近理論值難以再往上突破，尋求新材質配方勢在必行。

小米每代旗艦電池發展

小米歷代旗艦系列手機的電池容量發展，從上面的柱狀圖可以看到，小米歷代旗艦機型的電池容量基本上隨時間逐漸提升，但到達4000mAh之後容量增長開始放緩，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，可以看出傳統石墨負極電池能量密度已到達瓶頸狀態。

小米歷代旗艦手機的快充發展可以看出在小米9前面的18W快充保持了很久，小米5是2015年發布的機型，小米8是2018年發布的機型，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及以後的機型中得到顯著的提升，也可以看出小米開始在快充技術方面開始發力，功率最高是小米10至尊紀念版，搭載了石墨烯基蝶式電池，功率達到120W，性能提升被能量密度拖了後腿。

矽負極新材質電池挑戰

把矽材質應用到電池負極上需要面對幾個難題，一是矽顆粒在鋰離子充電時會膨脹，最大可膨脹至原來4倍，結果是導致結構坍塌，電極材料脫落。二是矽本身為半導體材料，相比常用的石墨負極，導電性差很多，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矽負極材質電池，通過在在矽原材料上塗抹特殊塗層達到穩定矽結構的作用，避免充電膨脹性導致結構損壞。新能源汽車的成本佔比中，電池組佔比十分高，特斯拉使用矽負極電池主要是用於大幅度降低成本提升產能，迅速搶占新能源汽車市場。小米將矽負極電池應用到數碼配件上，同樣要解決矽膨脹的物理特性才可以將其量產使用。

小米首發矽氧負極電池

小米11 Ultra並非首次使用矽負極材質電池的小米手機，早在2019年9月，小米概念機MIX Alpha上就使用了納米矽碳負極材質電池，在4050mAh容量的電池上實現了40W有線閃充。雖然MIX Alpha只是技術驗證機型未量產，但也能看出小米在2019年甚至更早前，就已經開始對電池新負極材質進行探索。

相比起第一代矽碳負極，這次小米11 Ultra採用了更為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。矽氧負極有效避免充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，讓這種新材質電池不止停留在概念上，進入實際量產讓消費者受惠。

狹窄空間內的容量提升

目前旗艦機型電池容量一般在4000-4500之間，入門級產品反而經常見到5000甚至以上的超大電池，為什麼旗艦機型電池反而沒入門機容量大？因為入門機型攝像頭模塊佔據空間少，處理器性能釋放較為溫和無需額外投入大散熱規模處理，並且入門用戶對外觀手感設計等沒太大追求，所以入門機相對來說擁有更大的空間放入大電池。

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

傳統石墨負極材質鋰電池能量密度理論上限為372mAh/g，目前技術已迫近理論值難以再往上突破。而矽負極材質能量密度上限高達4200mAh/g，是傳統石墨負極材質的10倍儲電能力，可以在相同的空間內放入更大容量。

小米11 Ultra機內結構為傳統的三段式設計，機身厚度也僅為8.38mm，電池倉空間並未見有特別增大，就在這小小的空間內，放入了5000mAh大容量電池，可見矽氧負極電池的確可以提升能量密度。雖然矽負極材質電池能量密度十倍於石墨材質電池，但小米11 Ultra作為首款搭載矽氧負極電池的量產數碼產品，小米並未將矽氧負極電池實力盡情發揮，而是做出了十分謹慎的處理，相信以後更多產品搭載矽氧負極電池的產品後，小米將會進一步提升能量密度。

67W大功率快充

電池三塊拼圖，壽命、容量、性能，解決了壽命穩定性並提升容量後，最後一塊拼圖就是性能：快充。前面已經說過電池是捲繞堆疊的方式製作，連接外部的是極耳。極耳就好比是馬路，傳統電池採用雙向單車道設計，所有車輛通行都在這道路上，速度受限於單車道只能低效前進，就算汽車提速也會引起不穩定，簡單來說就是傳統電池極耳少內阻高只能慢充，大電流會發熱，難以提升充電功率。

小米11 Ultra電池採用了MTW多極耳技術製作，多達20個極耳好比修建了對向10車道，大幅度增加了通行效率，大幅度降低內阻，可支撐大電流充電並降低溫升。

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內常見的魔改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內部為ATL單電芯結構，有線充電部分採用2：1電荷泵充電技術，通過電壓減半電流加倍的方式進行高效直充。按照電池電壓4.45V計算，實際充電器輸出8.9V6.1A，電池端直充功率將達到4.45V12.2A。從官方提供的數據中可以得知，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常快速。

充電頭網總結

石墨負極電池技術已達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備的設計、使用、體驗，比如手機要么做輕薄失去大容量電池，要么做成板磚那麼厚來提升續航。

小米成功攻克新材質電池技術全球首發矽氧負極電池，納米矽氧負極材質保證其結構穩定達到長壽命效果，能量密度的提升讓小米11 Ultra在8.38mm機身厚度內，放入容量高達5000mAh的大電池，MTW 20極耳技術讓它支持67W電荷泵高壓直充。這意味著小米已掌握手機鋰電池核心技術，補足了木桶最大的一塊短板，並且會帶動整個行業全面進入新材質電池的開發當中。

小米在春季新品發布會上宣告進軍新能源汽車領域，擁有矽氧負極電池的技術儲備將會成為小米殺手鐧，因為電池組是新能源汽車成本構成的大頭，矽負極材質電池大容量、低成本、高性能完美貼合新能源汽車行業，相信小米矽負極材質電池將會顛覆新能源汽車現有的格局，改變整個生態。

本文探討了小米在新材質電池領域方面的突破，下一篇文章充電頭網將會繼續探討小米在無線充方面的黑科技，如何實現67W無線充的商用量產。