爱范儿 07月21日 13:49
国产电池大容量,海外想用用不上
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国内手机市场普遍追求大容量电池,而苹果、三星等国际品牌却普遍采用小容量电池,这并非因为技术或成本限制,而是受到国际危险品运输条例(UN Special Provision 188)的约束。该条例规定,单电芯容量超过20瓦时的锂电池将被视为危险品,运输成本将大幅增加。因此,为避免运输成本激增和保持利润率,苹果和三星等品牌不得不将电池容量限制在20瓦时以内。同时,硅碳负极电池虽然能量密度高,但在物理膨胀和循环寿命方面仍存在挑战,其耐久性有待时间检验。

📱 国内手机市场在消费者高要求、参数竞争及完善电池产业链的推动下,普及了以硅碳电池为代表的高密度、大容量电池技术,使得手机电池容量迅速提升,远超国际品牌。

🌍 国际品牌如苹果和三星在电池容量上受限于联合国《关于危险货物运输的建议书》中的特殊规定(UN Special Provision 188),即单颗电芯容量若超过20瓦时,将被视为危险品,导致国际运输成本显著增加,因此它们倾向于将电池总能量控制在20瓦时以内。

💡 尽管中国企业在硅碳负极电池技术上取得了显著进展,提高了能量密度,但硅负极材料的物理膨胀和循环寿命缩短是其主要技术瓶颈,耐久性仍需时间验证,这与国产手机厂商承诺的较低循环次数(300-500次)形成对比。

⚖️ 苹果和三星选择保守的电池容量策略,一方面是为了规避国际运输条例带来的成本压力,另一方面也出于商业风险控制的考量,避免因电池问题引发类似Note 7的品牌危机,并维持研发投入以保持市场竞争力。

提起上周刚刚发布的三星 Galaxy Z Fold7,抛开 13999 起的价格不谈,有两个数据热度最高:

8.9mm 的厚度,大家都鼓掌;4400mAh 的电池,留言吵翻天。

放眼中国本土智能手机品牌,6000mAh 已经几乎成为旗舰标配,甚至电量很快要赶上一些充电宝了。

然而望向苹果和三星这两大品牌,一边引领和定义着行业标准,一边却在充电和续航方面瘸一条腿,最后全都演变成了一句话:

很好,可惜是 4400mAh。

事情真的只是看上去这么简单吗?苹果和三星每年在研发领域的投资合计超过 500 亿美元,难道真的只是因为「不想做大电池」吗?

——当然不是。在爱范儿的调研下,我们认为这件电池容量这件事,在近几年的情况是这样的:

电池新技术在中国

最近一年多时间里,电池技术在国产手机上实现了「大跃进」。仅今年上半年,我们就见证了华米 OV 四家的影像旗舰同时逼近或达到 6000mAh、小折叠跨过 5000mAh 门槛,中低端机型的电池更是开始向 7 字头发起挑战,堪称能打电话的充电宝。

毫无疑问,今年的国内消费者们,用的是全世界最强,且最大电量的手机,傲视任何其它国家。

图|小米官网

这样勃勃生机,万物竞发的境界,背后的功臣自然是迅猛进步的高密度硅碳负极锂电池。天风证券于今年初发布的一篇电池行业报告中指出:

手机电池掺硅趋势明显,比例在5-10%,不局限于高端机型。今年以来华为、vivo、OPPO、荣耀、一加、小米等企业均发布了 使用硅基负极材料电池的手机,且从旗舰型手机下探到中低端手机趋势明显,带来的硅碳负极使用量将大幅增加。

在目前石墨负极锂电池比容量已经接近理论极限时,硅负极可以将理论上限从石墨的 372 mAh/g 提升近十倍,达到 4200 mAh/g。

理论比容量能够实现十倍的进步意味着什么呢?

意味着每一块电芯的能量密度飙升,这种进步对于手机这种小尺寸电子产品来说至关重要。而这些进步的毫安数字又可以转化为营销数据,对于国内已经变成「白刃战」的手机市场,更是举足轻重。

图|IDC

中国的好东西,外国为什么不用?

你以为每年研发几百亿的苹果和三星,不知道大电池好,或者缺乏大电池的技术吗?

显然不是的。

硅碳电池并没有被中国企业垄断。事实上,比如日本信越化学、3DC 株式会社,韩国 SK 集团下属 SK Materials、浦项硅解决方案等日韩企业,均手握许多硅碳负极相关的技术专利,在研发和生产环节都有着相当的话语权:

SK Materials 与美国硅碳材料公司 Group14 合资成立的韩国尚州市硅碳负极材料工厂

那我们为什么在 iPhone 和 Galaxy 上看不到五六千毫安时的大电池呢?

事实上,卡住苹果和三星脖子的另有其人:联合国《关于危险货物运输的建议书》。更具体的说,是其中的第 188 号特殊规定(UN Special Provision 188)。

该规定指出:

    如果锂电池的单颗电芯的容量小于 20 瓦时,则被视为「小型电池」,可以遵循简化的低成本运输规则。一旦单颗电芯的超过 20 瓦时,这块电池就会被归类到「危险品」的范畴,在国际物流中必须遵循非常严格的包装、标签、申报和防护运输规格,运输成本激增。

从左到右:锂电池货物代码 UN3480,货物种类 9「其他危险品」,只能通过货机运输|Epec

而受到这条特殊规定影响最大的,自然就是智能手机了,比如 iPhone 与三星 Galaxy,以及国产品牌的国际版型号。

对于每年要在全球各地运输过两亿台手机的苹果和三星而言,如果不想要自己的运输成本暴涨,就必须要将电池总能量限制在 20 瓦时以内。

事实上,他们也的确是这么做的。

你应该明白了,不是苹果和三星用不起大电池,而是它们比国产厂商更需要照顾中国以外的市场,想要物流成本不爆炸、又要守住利润率来确保持续研发,所以只能优先选择小电池路线。

当然,苹果和三星死守 20 瓦时上限的原因并不单纯只有国际危险品运输条例。作为全球运营的超大规模企业,从商业角度考量,他们的产品工业设计和采购策略必然是趋向保守的,这其中就包括了电池技术——特别是三星,毕竟它不想再重温 Note 7 爆炸的噩梦……

不管怎样,如果国际物流安全制度不放松,苹果和三星的手机电池这一两年也不会有大跃进的可能。

但这里我们要引出一句题外话:别看三星 Z Fold7 这块电池小,它的性能非常牛:在 2000 次充放循环后可用容量仍在能够维持在 80% 以上——远超欧盟新规的 800 次及格线。

而电池的耐用性,恰恰是中国厂商最爱的硅碳负极电池技术,目前尚待观察的。

SM-F966B/DS 即欧版的三星 Z Fold7,左下角 80% 余量循环为 2000 次

硅碳电池的现在,只是「如来」

而硅碳电池技术虽然目前可以达到超高的能量密度,却也一并带来了两个目前未能解决的重大缺陷:

硅负极的物理膨胀,以及循环寿命缩短。

用于锂电池负极上的硅碳复合材料|Novarials

正如爱范儿此前有关充电宝的文章中所述,目前主流的锂离子电池均使用石墨作为负极材料,而硅碳电池就是将负极的材料从石墨替换为含硅的碳(石墨)复合材料。

但是硅在充电过程中会发生剧烈的体积膨胀,虽然复合材料的膨胀率没有纯硅负极 400% 那么恐怖,但是相比石墨仅仅 10% 的膨胀率仍然高出许多,其在长期反复膨胀收缩后带来的材料疲劳问题,始终是无法忽视的。

你也不想你的手机变成这样,对吧|Tom’s Guide

而在另一方面,硅碳复合材料中的硅,化学活性也比石墨更高,与电解液之间更容易产生化学反应。这会导致导致负极表面的「固体电解质界面膜」在重放循环时,反复发生破裂与重构,加速锂离子和电解液的消耗。

这种消耗的宏观表现,就是硅碳电池的可用容量衰减速度更快。

对于普通人来说,这两个问题意味着硅碳电池虽然容量大功率高,但在你的手机上可能更快出现「电池健康报警」,续航衰减更明显

因此,虽然去年底今年初,国产旗舰机型大多用上了高碳硅电池或者类似技术,但是这些电池的耐久性与生命周期都是需要假以时日才能印证的。

当然,中国市场的智能手机太过于「泛滥」了,选择太多,换机成本也不算高。这也是为什么目前一众国内 Android 厂商,在标称手机重放循环次数的时候,大多只会承诺 300-500 次。可能没等到电池不行,中国消费者早就换手机了。

而且从商业运营的角度上看,国内市场相对较高的周转率和更低的换电成本,可能是全世界唯一打得起硅碳电池消耗战的地方了

正因如此,苹果三星这么多年不改电池容量,还真的不完全是在挤牙膏——产品在国际运输和跨国销售环节中,碰到的规章阻碍远比我们想象的要多,这些都是我们在面对仅在国内市场销售的大电池机型时,所难以察觉的。

反过来讲,对于国产手机厂商来说,出海要面临的重重关卡,也绝不仅是电池而已。

图|36氪

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