提起上周剛剛發布的三星 Galaxy Z Fold7,拋開 13999 起的價格不談,有兩個數據熱度最高:
8.9mm 的厚度,大家都鼓掌;4400mAh 的電池,留言吵翻天。
放眼中國本土智能手機品牌,6000mAh 已經幾乎成為旗艦標配,甚至電量很快要趕上一些充電寶了。
然而望向蘋果和三星這兩大品牌,一邊引領和定義著行業標準,一邊卻在充電和續航方面瘸一條腿,最后全都演變成了一句話:
很好,可惜是 4400mAh。
事情真的只是看上去這么簡單嗎?蘋果和三星每年在研發領域的投資合計超過 500 億美元,難道真的只是因為「不想做大電池」嗎?
——當然不是。在愛范兒的調研下,我們認為這件電池容量這件事,在近幾年的情況是這樣的:
- 國內市場劇烈的參數競爭、消費者的高要求,以及完善的電池產業鏈技術成果落地,三者共同促成了以硅碳電池為代表的高密度、大容量電池在國產手機上的普及。
- 但美國等在內的國際主要市場,卻把手機電量卡死在了「單電芯 20 瓦時」。一旦超過,物流和合規成本就會顯著提升,所以洋品牌以及國產品牌的國際版機型,大多只能止步于 20 瓦時的上限。
- 而國產品牌由于主要在境內銷售,可以承受因大電池帶來的額外物流和時間開銷(比如無法空運只能陸運)。
- 硅碳負極電池雖然可以達成超高的能量密度,但是其耐久性與安全性仍然需要等待時間的驗證。
最近一年多時間里,電池技術在國產手機上實現了「大躍進」。僅今年上半年,我們就見證了華米 OV 四家的影像旗艦同時逼近或達到 6000mAh、小折疊跨過 5000mAh 門檻,中低端機型的電池更是開始向 7 字頭發起挑戰,堪稱能打電話的充電寶。
毫無疑問,今年的國內消費者們,用的是全世界最強,且最大電量的手機,傲視任何其它國家。
圖|小米官網
這樣勃勃生機,萬物競發的境界,背后的功臣自然是迅猛進步的高密度硅碳負極鋰電池。天風證券于今年初發布的一篇電池行業報告中指出:
手機電池摻硅趨勢明顯,比例在5-10%,不局限于高端機型。今年以來華為、vivo、OPPO、榮耀、一加、小米等企業均發布了 使用硅基負極材料電池的手機,且從旗艦型手機下探到中低端手機趨勢明顯,帶來的硅碳負極使用量將大幅增加。
在目前石墨負極鋰電池比容量已經接近理論極限時,硅負極可以將理論上限從石墨的 372 mAh/g 提升近十倍,達到 4200 mAh/g。
理論比容量能夠實現十倍的進步意味著什么呢?
意味著每一塊電芯的能量密度飆升,這種進步對于手機這種小尺寸電子產品來說至關重要。而這些進步的毫安數字又可以轉化為營銷數據,對于國內已經變成「白刃戰」的手機市場,更是舉足輕重。
圖|IDC
中國的好東西,外國為什么不用?
你以為每年研發幾百億的蘋果和三星,不知道大電池好,或者缺乏大電池的技術嗎?
顯然不是的。
硅碳電池并沒有被中國企業壟斷。事實上,比如日本信越化學、3DC 株式會社,韓國 SK 集團下屬 SK Materials、浦項硅解決方案等日韓企業,均手握許多硅碳負極相關的技術專利,在研發和生產環節都有著相當的話語權:
SK Materials 與美國硅碳材料公司 Group14 合資成立的韓國尚州市硅碳負極材料工廠
那我們為什么在 iPhone 和 Galaxy 上看不到五六千毫安時的大電池呢?
事實上,卡住蘋果和三星脖子的另有其人:聯合國《關于危險貨物運輸的建議書》。更具體的說,是其中的第 188 號特殊規定(UN Special Provision 188)。
該規定指出:
- 如果鋰電池的單顆電芯的容量小于 20 瓦時,則被視為「小型電池」,可以遵循簡化的低成本運輸規則。
- 一旦單顆電芯的超過 20 瓦時,這塊電池就會被歸類到「危險品」的范疇,在國際物流中必須遵循非常嚴格的包裝、標簽、申報和防護運輸規格,運輸成本激增。
從左到右:鋰電池貨物代碼 UN3480,貨物種類 9「其他危險品」,只能通過貨機運輸|Epec
而受到這條特殊規定影響最大的,自然就是智能手機了,比如 iPhone 與三星 Galaxy,以及國產品牌的國際版型號。
對于每年要在全球各地運輸過兩億臺手機的蘋果和三星而言,如果不想要自己的運輸成本暴漲,就必須要將電池總能量限制在 20 瓦時以內。
事實上,他們也的確是這么做的。
- 以 iPhone 16 Pro Max 為例,它使用的是一塊標稱電壓 3.88V 的 4685 mAh 電池,換算即 18.17 瓦時
- 同理,S25 Ultra 的電池總能量為 18.84 瓦時
- 被廣大網友群嘲的 Z Fold7 那塊 4400 毫安時電池,總能量為 17 瓦時
你應該明白了,不是蘋果和三星用不起大電池,而是它們比國產廠商更需要照顧中國以外的市場,想要物流成本不爆炸、又要守住利潤率來確保持續研發,所以只能優先選擇小電池路線。
當然,蘋果和三星死守 20 瓦時上限的原因并不單純只有國際危險品運輸條例。作為全球運營的超大規模企業,從商業角度考量,他們的產品工業設計和采購策略必然是趨向保守的,這其中就包括了電池技術——特別是三星,畢竟它不想再重溫 Note 7 爆炸的噩夢……
不管怎樣,如果國際物流安全制度不放松,蘋果和三星的手機電池這一兩年也不會有大躍進的可能。
但這里我們要引出一句題外話:別看三星 Z Fold7 這塊電池小,它的性能非常牛:在 2000 次充放循環后可用容量仍在能夠維持在 80% 以上——遠超歐盟新規的 800 次及格線。
而電池的耐用性,恰恰是中國廠商最愛的硅碳負極電池技術,目前尚待觀察的。
SM-F966B/DS 即歐版的三星 Z Fold7,左下角 80% 余量循環為 2000 次
硅碳電池的現在,只是「如來」
而硅碳電池技術雖然目前可以達到超高的能量密度,卻也一并帶來了兩個目前未能解決的重大缺陷:
硅負極的物理膨脹,以及循環壽命縮短。
用于鋰電池負極上的硅碳復合材料|Novarials
正如愛范兒此前有關充電寶的文章中所述,目前主流的鋰離子電池均使用石墨作為負極材料,而硅碳電池就是將負極的材料從石墨替換為含硅的碳(石墨)復合材料。
但是硅在充電過程中會發生劇烈的體積膨脹,雖然復合材料的膨脹率沒有純硅負極 400% 那么恐怖,但是相比石墨僅僅 10% 的膨脹率仍然高出許多,其在長期反復膨脹收縮后帶來的材料疲勞問題,始終是無法忽視的。
你也不想你的手機變成這樣,對吧|Tom's Guide
而在另一方面,硅碳復合材料中的硅,化學活性也比石墨更高,與電解液之間更容易產生化學反應。這會導致導致負極表面的「固體電解質界面膜」在重放循環時,反復發生破裂與重構,加速鋰離子和電解液的消耗。
這種消耗的宏觀表現,就是硅碳電池的可用容量衰減速度更快。
對于普通人來說,這兩個問題意味著硅碳電池雖然容量大功率高,但在你的手機上可能更快出現「電池健康報警」,續航衰減更明顯。
因此,雖然去年底今年初,國產旗艦機型大多用上了高碳硅電池或者類似技術,但是這些電池的耐久性與生命周期都是需要假以時日才能印證的。
當然,中國市場的智能手機太過于「泛濫」了,選擇太多,換機成本也不算高。這也是為什么目前一眾國內 Android 廠商,在標稱手機重放循環次數的時候,大多只會承諾 300-500 次。可能沒等到電池不行,中國消費者早就換手機了。
而且從商業運營的角度上看,國內市場相對較高的周轉率和更低的換電成本,可能是全世界唯一打得起硅碳電池消耗戰的地方了。
正因如此,蘋果三星這么多年不改電池容量,還真的不完全是在擠牙膏——產品在國際運輸和跨國銷售環節中,碰到的規章阻礙遠比我們想象的要多,這些都是我們在面對僅在國內市場銷售的大電池機型時,所難以察覺的。
反過來講,對于國產手機廠商來說,出海要面臨的重重關卡,也絕不僅是電池而已。
圖|36氪
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