自從智慧型手機的螢幕越來越大之後，續航力好像就一直沒好過，功能機時代那種好幾天充一次電的體驗一去不復返。話又說回來，以前的功能機螢幕使用時間才多長，一天有1小時嗎？而現在的智慧型手機，功能那麼多，螢幕那麼大，還要一直保持在線，螢幕使用時間起碼都有五六個小時吧，一天一充好像已經很厲害了！

如果你有用過最近一年發布的國產旗艦機型，你會發現它們的續航已經有了長足的進步，基本上都可以做到兩天一充。短短十幾年間，手機電池如何發展到現在的水平？近一年來廠商們相繼推出的青海湖電池、藍海電池、金沙江電池等技術又是什麼？為何時間節點如此接近？

▲圖來源小米

從鎳到鋰的飛躍

新生代的手機用戶可能沒聽過「電池沒用完就充電，會讓電池容量變小」這種神奇的理論，而這正是早期手機所使用的鎳鎘電池的一大缺點——記憶效應。後來出現了鎳氫電池，記憶效應也得到了明顯改善。

直到千禧年前後，鋰離子電池的材料和製造技術經歷了重大的革新，成本大幅下降，能量密度提高，並解決了電池記憶效應的問題。這些改進使得鋰離子電池迅速成為手機產業的標準選擇，整個產業也正式進入了鋰電時代。

傳統的鋰電由於使用了液態電解質，限制了電池的形狀和大小。因為必須確保電解質在電池內部保持穩定，同時也要防止洩漏和腐蝕，所以通常會採用硬質的外殼，這限制了電池的形狀設計。此外，液態電解質在高溫或過充的情況下可能會膨脹或燃燒。

後來便進化出現在業界廣泛採用的鋰聚合物電池，採用的是膠狀或固態電解質，採用鋁膜包裝，體積和形狀更加自由，可以靈活適應內部空間越來越緊湊的電子產品。而且電池的熱穩定性和機械穩定性也更好，進而減少安全風險。

手機電池技術發展到鋰聚合物之後，很長一段時間都沒有大幅升級，因為鋰電中石墨負極的限制逐漸顯現。

石墨負極的理論比容量限制在372mAh/g，且鋰離子的擴散速率較低，這些因素都限制了電池能量密度的提升和快速充電能力。

除了材料本身的性能缺點，天然石墨作為不可再生資源，也面臨許多問題。

根據美國地質調查局（USGS）的數據，2020年全球石墨儲量約為3億噸，以目前的開採速度，預計2050年全球石墨資源將耗盡。同時，天然石墨作為一種自然資源，與天然氣、石油等一樣也會受到地緣因素的影響，供給並不穩定。

人造石墨在一定程度上可以避免天然石墨所帶來的問題，但人造石墨生產過程中需要消耗大量能源，並且產生大量廢水，如果不妥善處理，會造成嚴重的土壤和水源污染，與被稱為「環保」的「新能源」背道而馳。

還有商業中最重要的影響因素：利益。以目前的生產製程來說，同樣純度的人造石墨比天然石墨貴20-30%。而隨著天然石墨資源越來越少，天然石墨的價格也會越來越貴。

因此，尋找石墨的替代材料成為了鋰電產業最重要的發展方向之一。

鋰電的次世代：矽碳負極

無論是青海湖電池、藍海電池還是金沙江電池，它們在宣傳中都不約而同地提到了“矽碳負極”，這也是解決目前電池難題的關鍵技術。

上文提到石墨作為負極材料的缺點，那麼有沒有其他材料可以代替它呢，有，那就是矽。

矽作為負極材料，具有高達4200mAh/g的理論比容量，幾乎是石墨的11倍。這意味著，使用矽負極的鋰電池在理論上可以大幅提升能量密度，從而延長電池的使用壽命和減少充電次數。

然而，矽材料在充放電過程中會發生高達300%的體積膨脹，這種顯著的體積變化會導致電極材料的破裂，進而降低電池的循環壽命。

▲圖源Group14

為了克服這個挑戰，科學家們開發了矽碳複合材料。透過將奈米矽顆粒與碳材料結合，可以利用碳材料的穩定性來抑制矽的體積膨脹，並透過碳的導電網絡來提高整體的電導率。

儘管矽碳負極技術在提升電池性能方面具有巨大潛力，但其製程難度仍然存在。矽碳負極的製備需要精確控製材料的奈米結構，以及確保矽和碳的均勻分佈。此外，電池製造過程中的首次效率和循環穩定性也是需要克服的關鍵挑戰。

Group14與ATL

其實早在上世紀70年代，矽碳負極電池技術就已經通過了可行性驗證，為何直到近一年我們才看到大量消費終端採用呢？

這就不得不提到2個公司，一個是我們熟知的ATL（新能源），也就是寧德新能源和東莞新能德的母公司，另一個則是新創公司Group14。

▲圖源Group14

2023年2月28日，Group14正式宣布已向ATL供應SCC55材料，為下一代智慧型手機等3C產品提供動力，並表示很快就有使用SCC55電池材料的手機面世。

在一週後的3月6日，榮耀就發表了全球首款搭載矽碳負極電池技術的智慧型手機－Magic5系列，產業媒體TechInsights也證實該技術的實施由Group14的電池材料產品SCC55主導。

▲圖源微機分WekiHome

在知名拆機Up主微機分的影片中我們也可以看到，無論是青海湖電池、藍海電池或金沙江電池，它們都由新能德公司生產，並且採用ATL電芯。我們基本上可以以此猜測它們所採用的矽碳負極技術都使用了Group14的SCC55材料。

為什麼一定是Group14的SCC55？因為目前能大規模量產矽碳負極材料的公司不多，而Group14是其中份額最大的。

明日星：SCC55

在正式介紹SCC55之前，先來簡單了解Group14是怎麼樣的公司。

矽在元素週期表中的排第14位，這就是Group14中「14」的來源。這家公司成立於2015年，致力於將鋰離子電池轉化為鋰矽負極電池，協助解決能源儲存難題，先後獲得ATL、SK Materials、保時捷等公司的投資，累計金額超過6億美元，是鋰電產業炙手可熱的明日之星。

▲圖源Group14

矽碳負極作為新興技術，國內外有不少公司都在攻關，融資也拿了不少，甚至還有不少在「PPT」上都放出了非常驚人的參數。但很多仍然停留在實驗室狀態甚至理論狀態，遠遠未能達到量產要求。

而Group14幾乎是最早實現大規模量產的，在應用上也有著無可比擬的優勢。

▲圖源Group14

SCC55的獨特之處在於其結構設計。該材料由嵌入碳支架中的矽奈米顆粒組成。這種結構允許矽顆粒與電解質充分接觸，從而提高電池的充放電效率。此外，碳支架還提供了機械支撐，防止矽顆粒在充放電過程中膨脹和收縮。

因此，SCC55矽負極電池的能量密度比傳統鋰離子電池高出50%，且充電速度更快，理論上只需要幾分鐘。

SCC55材料投產起來也很方便，從紐扣電池到軟包電池，製造商可將SCC55無縫投放到任何鋰離子電池生產線、超級工廠或電池設計中，而無需重新調整製程。

比起概念，規模化量產才是獲利的根本。

Group14的兩步驟製程使規模化變得簡單，首先合成碳來創建碳支架，然後在支架內部創建矽並調整內部空隙，最終形成神奇的SCC55。而具體的工藝細節，早已被Group14申請了全球專利，成為其商業帝國的基石。

▲圖源Group14

Group14也設計了一個可輕鬆複製的流程，可以在需要的地方建造各種規模的工廠（BAM 工廠）。每個模組都自成一體，每年可生產材料達10GWh。也可以根據需要將任意數量模組組合在一起，形成任意規模的BAM工廠。

▲圖源Group14

產能方面，Group14位於美國華盛頓州伍丁維爾的BAM-1工廠目前為超過65家客戶供貨，這些客戶佔全球電池生產市場的95%，另外也在亞洲、歐洲等地區部署BAM工廠。可以確定的是BAM-1工廠的產量已超過10GWh，大約可以滿足1000-20萬輛電動車使用。

如果投產順利，位於華盛頓的BAM-2工廠產能將達到BAM-1的2倍，將在2024年成為全球最大的先進矽負極電池技術工廠。

寫在最後

機圈裡常有人調侃：不都是供應鏈技術，講什麼自研。 我們從結果來看，這幾家的矽碳負極電芯都是來自ATL，而且大概率就是採用的SCC55材料，好像確實這麼一回事。

但其實，供應鏈與廠商的交流並不是單向的，許多材料、技術的應用往往是雙方共同努力的成果。類比一下，供應鏈技術就像食材，最後的出品還是要看大廚的料理手法和調味。

就拿本文所討論的續航力來說，矽碳負極電池的量產應用是關鍵。矽碳負極的理論能量密度遠高於傳統石墨負極，能大幅提升電池續航力。而Group14的SCC55材料則是目前最具代表性的矽碳負極材料之一，具有優異的性能和量產能力。

同時各家手機廠商在電池封裝流程、電源管理、系統調度等方面也進行了最佳化，最終才讓消費者拿到手的手機有了優異的續航力水準。

至於本文標題所提到的問題，每個人都可以有自己的理解。