今天小编分享的科技经验：新能源车的续航大战，打到了手机圈，欢迎阅读。
今年年初小米发布 14 Ultra，介绍了一个多小时影像功能后，另一位主角 " 金沙江电池 " 姗姗来迟。
小米 14 Ultra" 超大杯 " 的相机模组比上一代整整大了 20%，但整机重量轻了 3g，并且续航提升了 17%，幕后功臣就是 " 金沙江电池 " [ 1 ] 。
从 vivo 的 " 蓝海电池 "、一加的 " 冰川电池 "，到荣耀的 " 青海湖电池 "、小米的 " 金沙江电池 "，几大国产手机品牌，突然就和水杠上了。
这些名山大川背后，其实是从隔壁新能源车舶来的底层技术——硅碳电池。
手机厂商对着中国地形图取名字之前，特斯拉自产的 2170/4680 电池、宁德时代的麒麟电池都应用了硅碳电池方案。
在 " 洞庭湖电池 "" 千岛湖电池 " 出现前，也许有必要搞清楚，硅碳电池到底是个什么技术，能让新能源车和消费电子两大产业，都对其趋之若鹜。
" 越狱 " 的电子
在了解硅碳电池之前，首先要理解电池续航的原理。
无论手机还是汽车，电池充电的本质是电子的 " 越狱 "：原子核带正电，电子带负电，双方数量相当，原子正负电量平衡。但在一定条件下（例如施加电压、电解），电子会脱离原子，产生电流。
电池的工作，可以简单理解为创造条件让电子脱离原子，流入设计好的电路中形成电流，为电子设备输送电力。决定一块电池续航多寡的，是两大部件——正极和负极。
正极是 " 关押 " 电子的 " 牢房 "，一般是金属化合物。锂元素由于常年玩忽职守，让电子更容易逃脱，成为了大部分电池的选择，也就是我们常说的 " 锂电池 "。
负极是电子的 " 安全屋 "：电子越狱后沿着电路前往负极，在这个过程中，会产生电流给电子设备供电；此时，发现电子越狱的锂离子会火速通过电解液杀向负极，将电子擒拿归案，保持正负平衡。
电池的充电和放电，就是电子不断越狱，锂离子不断抓电子的无限循环。
电池续航的核心，一是扮演牢房的正极能够提供多少编制，容纳负责擒拿电子的锂；二是扮演安全屋的负极能够提供多少床位，收容在逃的电子。
过去几年，电池厂的技术投资多在正级材料上。可以理解为，在确定锂元素的主体地位后，选什么材料当辅警，配合锂离子抓电子。
" 三元锂电池 " 就是正极采用三种锂元素化合物的电池。例如 NCM811，就是镍（N）酸锂、钴（C）酸锂、锰（M）酸锂混合，811 代表三个元素的摩尔配比。NCM522 是另一种配比。
" 磷酸铁锂电池 " 即正极材料为磷酸铁锂，虽然抓捕电子的能力不如三元锂电池，但胜在不需要稀有金属，便宜大碗。
过去十年，电池厂围绕正极，从 " 三元锂 VS 磷酸铁锂 " 打到 " 有钴 VS 无钴 "、" 低镍 VS 高镍 "，能量密度不断提高，电动车的续航里程也从 300km 加码到 700km 以上。
但经过多年投资，正极材料的进步逐渐触碰了瓶颈，无法释放更多在编岗位。于是，电池厂纷纷把目光投向负极，研究安全屋的改造施工方案。
一直以来，碳元素是负极材料的主流选择，常用的石墨就是碳的旁支兄弟（同素异形体），另一个旁支兄弟我们更熟悉，就是钻石。
钻石（左）和石墨（右）差别在于碳原子的排布方式不同
面对续航提升的压力，工程师们翻开元素周期表，发现硅元素恰好位于碳的正下方，属于 " 同族兄弟 "，意味着两者化学性质相似，都很适合做锂电子的 " 收容所 "。
元素周期表上碳和硅同族
因此，所谓 " 硅碳电池 "，就是负极材料使用硅和碳两种元素的电池，但往碳里面掺多少硅，就是一门在成本与技术的镣铐里反复横跳的艺术了。
给负极加点料
2020 年 8 月，特斯拉在官网官宣电池日时间，不甚清晰的背景图却吸引了更多注意。
媒体很快扒出，图中的那些 " 细线 " 本体是硅纳米线，是一种新型负极技术，本质是以硅取代碳作为负极材料，几年来在业内积累了不少声量。
马斯克很早就意识到，以碳为主要材料的负极，会成为阻碍能量密度更新的一道天堑。因此，特斯拉早早就打起了负极的主意。
2015 年推出 Model S 时，特斯拉就给其中一款配备了 " 狂暴模式 "，声称加速到 100 公里时速只需要 2.8 秒。而这款动力更强的车型，续航里程反而比其他车型提高了 6%。马斯克在推特上暗戳戳炫耀，自己给电池负极加了点 " 佐料 " ——这个 " 佐料 " 就是硅。
相比碳元素，硅元素的优势在于空间更大，方便锂离子把电子一网打尽：
6 个碳原子能容纳 1 个锂离子，而 1 个硅原子就能容纳 4 个锂离子。理论上，硅材料 " 收容 " 锂离子的能力，是碳材料的 10 倍以上 [ 3 ] ，是替代石墨材料的不二之选。
单纯从材料看，直接用硅代替碳作为电池负极，就能带来续航的爆炸式提升。
但硅有一个致命弱点——充放电过程中体积膨胀非常严重，锂离子进入时膨胀，膨胀率最高达 300%（碳的膨胀率只有 16%） [ 4 ] ，锂离子离开后又收缩，一膨一缩之间，材料就会破碎和粉化。在实际使用中，会导致电池衰减速度极快，充电循环次数极低。
经过多次充放电循环后的硅负极
按照国际标准，动力电池必须要能够循环 1000 次以上，这就把纯硅负极的路暂时封死了。
特斯拉的解决办法是博采众长，在石墨负极中掺入少量硅，既能提高续航，又能保证循环次数。Model S 采用的松下 2170 电池负极，就掺了 5% 的硅。
材料学家们则沿着另一条路径突破——改变硅原子的呈现形态：
因为粒子越小，越不容易破碎，那么把硅材料做到几十纳米的尺寸（碳材料一般是几百纳米甚至微米），就能完美规避硅的化学弱点。这就是特斯拉 2020 年电池日介绍的极其激进的技术路线—— " 硅纳米线 "。
按照特斯拉的思路，可以将硅材料的尺寸做到 10nm 的程度，外部以二氧化硅包覆，100% 的硅材料 [ 3 ] ，不含一滴碳，童叟无欺。
但四年过去，" 硅纳米线 " 依然静静地躺在马斯克的大饼军团里。可能是因为马斯克的大饼画得实在太多，以至于大家都忘了还有这一张饼。
特斯拉的技术研发思路一直是 " 物理课本上没说不行啊 "。相比砸下几十亿美元挑战物理学的法则，大部分电池厂还是会选择更加 " 务实 " 的路线——在碳负极里掺点硅，这才有了硅碳电池套着五花八门的山川湖海集体出道。
只不过在新能源车的应用中，会碰到一个成本问题：一方面，现有电池技术配合快充桩，续航基本够用；另一方面，即便要提高续航，相比硅碳负极这种提高 " 部門能量密度 " 的方法，装个更大的电池包可能是更划算的方案。
但对寸土寸金的手机来说，负极掺硅已经迫在眉睫了。
高端手机不做选择
2015 年，中国智能手机出货量首次跌破 10% [ 5 ] ，高速增长期结束，存量博弈时代开始。
此后，" 堆料 " 成为了智能手机迭代的主线，各大手机品牌在摄像头、处理器等硬體更新上不惜血本，高端产品线作为 " 堆料 " 的集大成者，硝烟弥漫。但对手机体验影响最大的，其实是电池。
PhoneArena 在 2015 年做的一项调查结果显示，64% 的消费者最关心的手机功能改进是续航能力 [ 6 ] 。
相比新能源车，手机厂商对硅碳电池的追捧有一个重要原因：手机内部的空间实在太宝贵了。
过去几年，伴随三摄、面部识别等功能的普及，手机内部镜头模组和人脸识别模块的面积迅速增加，侵蚀了本就不富裕的内部空间。iPhone15 Pro 的电池容量反而比 iPhone 15 低，就是因为多出一个摄像头，让电池不得不为镜头模组的扩大而妥协。
手机无法像电动车一样，塞进更大的电池包，因此能够提高 " 部門能量密度 " 的硅碳电池，就进入了手机厂商的视野。
2019 年，小米在概念机 MIX Alpha 上首次采用了纳米硅电池。由于 MIX Alpha 的环绕屏设计过于吸引人，导致大家都没太注意纳米硅电池这个相当激进的技术方案。
两年后的小米 11 Ultra，小米用硅氧化合物代替纳米硅掺入负极，把硅碳电池第一次带入量产机型。虽然硅氧化合物能量密度提升效果不如纳米硅，但胜在循环次数多，成本相对可控。
因为硅碳负极的贡献，小米 11 Ultra 进入 "5000mAh 俱乐部 "。同时，电池模组的体积几乎不变，机身厚度也保持在 8.38mm 的舒适区。
从此之后，硅碳负极成为了各家高端产品线的标配。而折叠屏手机的出现，又给硅碳电池添了一把火。
螢幕是手机里最耗电的零部件，大部分 " 大折叠 " 手机，本质上把螢幕面积扩大了三倍，成为实打实的 " 吞电兽 "。三星 Z Fold 3 就被吐槽 " 睡前满格、起床 3%"；另一方面，由于 " 折叠 " 的形态，整机对于轻薄的要求更高，对电池的部門能量密度要求更高。
" 极限堆料 " 的高端手机，加上 " 既要又要 " 的折叠屏，把手机续航带到了 6000mAh 的新高度。相比之下，容量只有 3349mAh 的 iPhone 15，多少就有些尴尬了。
几年前接受采访时，苹果高管 Greg Joswiak 曾发表过 "iOS+3000mAh>5000mAh" 的迷惑言论。现在去找隔壁的特斯拉取取经，兴许还来得及。
