行业技术演进 - 手机电池容量在近期实现快速突破，从过去十几年缓慢提升至5000mAh，发展到近期已有新机达到10000mAh，并有新机爆料容量突破8000mAh [1][3] - 电池技术在过去十年因石墨材料吸附比容量极限为372mAh/g而停滞，工艺极致仅达到360mAh/g左右 [3] - 行业为突破容量瓶颈，将硅材料重新推向舞台，其理论容量高达4200mAh/g，是石墨材料的11倍以上 [5] 储能机制差异 - 传统石墨负极采用“嵌入式储能机制”，锂离子物理嵌入石墨层状晶格，每6个碳原子理论仅能俘获1个锂离子，容量天花板低 [7] - 硅碳负极采用“合金化储能机制”，硅与锂离子发生化学反应形成锂硅合金，每1个硅原子可结合4.4个锂离子，捕捉效率呈指数级提升，打破石墨容量极限 [9] 硅材料应用挑战与解决方案 - 硅材料核心应用难题在于充电时体积膨胀过于严重，膨胀率可达3倍，而石墨仅膨胀10%至12% [11] - 硅颗粒在膨胀收缩过程中会碎裂，导致与导电线路断开，电池容量衰减快 [11] - 硅表面SEI膜会随反复胀裂不断修补增厚，消耗大量电解液和锂离子，导致电池内阻增大、发热加剧，寿命缩短 [13] - 产业链针对硅的物理缺陷，在过去两年研发了四项关键技术方案以实现应用 [15] - 第一项关键技术是纳米碳包覆技术，该技术自2023年开始普及，利用CVD气相沉积将硅原子沉积在多孔碳骨架孔隙内，限制硅膨胀并保持导电性，此技术由苏州纽姆特等设备厂商推动 [15][17] - 第二项关键技术是改良电解液，采用“固液混合”或“原位固化”工艺的半固态电池技术，通过引入高分子聚合物构建微观网络，限制溶剂、减少副反应并缓冲硅颗粒膨胀，以vivo蓝海电池为代表 [17] - 第三项关键技术是使用单壁碳纳米管作为导电剂，在电池内部搭建高导电神经网络，连接分散的硅颗粒，国内以天奈科技为代表 [19][21] - 第四项关键技术是预锂化工艺，在电池出厂前向负极预先注入活性锂，以补偿首次充电时SEI膜形成及不可逆反应消耗的锂离子，宁德时代引入了该技术 [21][23] 快充技术趋势变化 - 随着电池容量增大，手机行业对大功率快充的宣传显著减少，新机充电功率大多回到120W以内，而此前曾有200多W甚至320W的概念机 [23] - 快充功率下降的第一个原因是硅材料本身导电性差，电阻大，根据焦耳定律，大电流快充会产生大量热量，温控难以压制 [25] - 第二个原因是硅材料中锂离子移动速度慢（扩散系数低），大功率快充时锂离子来不及进入硅内部结构，会堆积在电极表面还原成金属锂，导致容量永久损失并可能形成刺破隔膜的锂枝晶，引发短路或爆燃 [27][29] - 电池结构从双电芯设计转向清一色的单电芯设计，也是快充消失的重要原因 [31] - 根据公式P=UI，单电芯电压固定，提升功率需大幅提高电流，而根据焦耳定律，发热量随电流平方暴增，存在安全隐患，因此单电芯充电速度被严格限制 [31][33] - 双电芯采用串联分压原理，在同等功率下电压翻倍可使电流减半，发热量降至四分之一，从而绕过发热限制，OPPO系手机曾青睐此设计 [33][35] - 手机内部空间寸土寸金，双电芯设计需要两个独立电池包及复杂连接电路，占用空间却不增加电量，属于空间浪费 [36] - 大功率快充峰值维持时间短，几分钟后功率就会下降，且随着电池续航增长，用户对充电依赖降低，超快充意义减弱 [36] 硅碳电池现存问题与行业意义 - 硅碳电池存在“锁容”问题，其放电电压平台显著低于石墨负极，放电后半程端电压下降快，当电压低于手机元器件最低工作电压阈值（3V至3.3V）时，BMS会强制切断电源，导致电池内剩余电荷无法释放 [36][38] - 当前硅碳负极电池可被视为“半成品”，全固态电池仍是未来的期待 [38] - 行业大力投入电池技术研发，其价值不仅在于延长手机续航，更是为了弥补能源技术相对于算力增长的短板，为AR眼镜、人形机器人、AI终端等未来科技的落地普及提供可能 [40]