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而默默無聞地為那麽多高科技元件提供運行動力的電池，卻難以突破自身的邊界，能量密度也難以提高。人們另辟蹊徑，提高充電功率，縮短電池充電時間，只能緩解容量不足的尷尬，無法解決容量密度低的根本問題。
石墨負極的鋰電池使用多年，經過多年的發展，容量已經到了瓶頸。為了獲得更長的續航時間，只能通過簡單粗暴的“增大電池尺寸”來改善。如今追求輕、薄、手感的旗艦機中電池成為木桶中最大的短板。
誰能站出來？
2021年3月29日-30日，小米舉行了兩場春季新品發布會，包括小米11 Pro、小米11 Ultra、小米折疊屏手機等。小米在全球推出矽氧負極電池，並在小米165438上成功量產。
電池原理
電池主要由三部分組成:正極、負極和隔膜。它們通過卷繞和堆疊組裝，填充電解液並密封在鋼殼或軟包裝中，成為普通電池。電動車壹般用鋼殼電池，數碼產品壹般用軟包裝。
充電過程中，通過極耳向電池內部施加外部電壓，正極鋰離子釋放電子，電子在電場的作用下通過電解液中的隔膜向負極遷移，嵌入負極的石墨活性材料中，電子被接收，完成充電和儲能過程。當外部負載需要放電時，鋰離子從負極釋放電子並脫嵌，通過隔膜遷移到正極，嵌入正極，電子被正極活性物質接收，從而完成電能釋放。
傳統石墨陽極電池的瓶頸
鋰電池的正極材料有很多不同的配方，如鈷酸鋰、鎳鈷錳、鎳鈷鋁等，這裏暫時不討論正極。負極材料壹般采用石墨配方，容易獲得，價格低廉，性能良好，所以幾十年來壹直將石墨負極作為電池負極的主要材料。
反復循環後，石墨負極電池結構開始不穩定，部分鋰離子無法嵌入負極，只能停留在負極表面，逐漸積累產生鋰沈澱。可利用的和遷移的鋰離子變得越來越少，容量迅速下降。嚴重時，鋰析出會變成鋰枝晶，刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至爆炸。容量方面，傳統石墨陽極鋰電池的能量密度理論上限約為372 mAh/g，目前技術已接近理論值，難以突破。尋求新的材料配方勢在必行。
小米每壹代旗艦電池的發展
歷代小米旗艦系列手機電池容量的發展，從上面的柱狀圖可以看出，小米旗艦機型的電池容量基本上是隨著時間的推移逐漸增大的，但是在達到4000mAh之後，容量增長開始放緩，最高的是小米10的4780mAh。提高容量密度的主要途徑是增加電池體積，說明傳統石墨陽極電池的能量密度已經到了瓶頸。
小米歷代旗艦手機的快充發展可以看出，小米9前面的18W快充保持了很長時間。小米5發布於2015，小米8發布於2018，充滿電用了三年。小米快充在2019的小米9及以後的機型上有了明顯的提升。也可以看出小米開始在快充技術上發力。功率最高的是小米10極速紀念版，搭載石墨烯基蝶形電池，功率達到120W，性能提升被能量密度延緩。
矽負極新材料電池的挑戰
將矽材料應用於電池的負電極需要面對幾個問題。第壹，鋰離子充電時矽顆粒會膨脹，最大膨脹可達四倍，導致結構坍塌，電極材料脫落。第二，矽本身就是半導體材料。與常用的石墨負極相比，導電性差很多，鋰離子脫嵌不可逆，也影響電池容量。
2019特斯拉介紹，特斯拉將研發壹種矽陽極電池，通過在矽原料上塗覆壹層特殊的塗層來穩定矽結構，避免充電膨脹造成的結構損傷。在新能源汽車的成本比例中，電池組占了非常高的比例。特斯拉使用矽陽極電池主要用於大幅降低成本和增加產能，快速搶占新能源汽車市場。小米將矽負極電池應用於數碼配件，還需要解決矽膨脹的物理特性，才能量產。
小米首發矽氧負極電池
小米11 Ultra並不是第壹款使用矽負極電池的小米手機。早在2019年9月，小米概念機MIX Alpha就采用了納米矽碳負極電池，並在4050mAh容量的電池上實現了40W有線閃充。雖然MIX Alpha只是壹個還沒有量產的技術驗證機型，但是也可以看出小米在2019甚至更早的時候就已經開始探索新的電池負極材料了。
與第壹代矽碳負極相比，這次小米11 Ultra采用了更加成熟穩定的矽氧負極電池，屬於小米第二代矽負極電池技術。通過摻雜矽來補充鋰，將納米氧化矽用於負極，與第壹代矽碳材料相比，具有更穩定的結構。矽氧負極可以有效避免充放電過程中矽顆粒膨脹導致的開裂和粉化，解決矽負極電池的使用壽命問題，讓這種新材料電池不僅僅停留在概念上，更要進入實際量產，造福消費者。
狹窄空間中的容量提高
目前旗艦機型的電池容量壹般在4000-4500之間，但入門級產品經常看到5000以上的超大電池。為什麽旗艦機型的電池容量沒有入門級機器大？因為入門級機型的攝像頭模塊占用空間少，處理器性能釋放溫和，不需要投入大規模的散熱處理，入門級用戶對外觀和手感設計也沒有太多追求，所以入門級機器相對有更多的空間放入大電池。
旗艦機型不壹樣。有看過拆解的朋友會知道，旗艦機型在性能方面壹般都是備貨充足的。圖像部分的攝像頭模塊占用了巨大的空間，主板被擠到只有壹點空間。強大的處理器還得放在蒸汽室、熱管、石墨導熱膏等散熱模塊裏，還得給無線充電線圈預留空間，旗艦機型電池沒法放大。
傳統石墨負極材料制成的鋰電池能量密度理論上限為372mAh/g，但目前工藝已接近理論值，難以突破。矽負極材料的能量密度上限高達4200mAh/g，是傳統石墨負極材料的10倍，在同樣的空間內可以放入更多的容量。
小米11 Ultra內部結構為傳統三段式設計，機身厚度僅為8.38mm，電池倉空間也沒有特別增加。在這麽小的空間裏放壹塊5000mAh的大容量電池，說明矽氧負極電池確實可以提高能量密度。雖然矽陽極電池的能量密度是石墨電池的十倍，但小米11 Ultra作為首款搭載矽氧陽極電池的量產數碼產品，並沒有充分發揮矽氧陽極電池的強度，而是做了非常謹慎的處理。相信在更多產品搭載矽氧陽極電池後，小米會進壹步提高能量密度。
67W高功率快速充電
電池、壽命、容量、性能三大謎題。在解決了壽命穩定性和提升容量的問題之後，最後壹個難題就是性能:快充。如前所述，電池由卷繞和堆疊制成，極耳連接到外部。凸耳就像壹條路。傳統電池采用雙向單車道設計，所有車輛都在這條路上通行。速度被限制在壹條車道上，只能低效前進。即使汽車加速，也會造成不穩定。簡單來說，傳統的電池吊耳只能慢慢充電，大電流會發熱，很難提高充電功率。
小米11 Ultra電池采用MTW多極耳技術。多達20個極耳就像對面的10車道，大大增加了通行效率，大大降低了內阻，可以支持大電流充電，降低溫升。
小米11 Ultra充電器的型號為MDY-12-ES，輸出功率為67W。是小米私人快充系統中常見的魔變A口PD充電器，支持5v 3a/9V3a/11v 6.1A/20v 3.25 A。
小米11 Ultra采用ATL單電池結構，有線充電部分采用2: 1電荷泵充電技術，通過電壓減半，電流翻倍的方式直接充電。按照電池電壓4.45V計算，實際充電器輸出為8.9V6.1A，電池端直接充電功率將達到4.45V12.2A，根據官方數據，小米11 Ultra僅需36分鐘即可充滿100%，無論是充滿還是碎片都非常快。
計費前端網絡綜述
石墨負極電池技術已經達到瓶頸，能量密度難以提高。只能通過增加體積來增加容量，這就限制了所有電氣設備的設計、使用和體驗。比如手機，要麽薄而輕，失去大容量電池，要麽做得像磚頭壹樣厚，提高續航。
小米成功攻克新材料電池技術，全球首款矽氧負極電池。納米矽氧負極材料保證其結構穩定，使用壽命長。隨著能量密度的提升，小米11 Ultra可以在8.38mm的機身厚度內裝入容量高達5000mAh的大電池，MTW 20 tab技術讓其支持67W電荷泵的高壓直充。這意味著小米掌握了手機鋰電池的核心技術，補上了木桶的最大短板，並將帶動整個行業全面進入新材料電池的研發。
小米在春季新品發布會上宣布進軍新能源汽車領域。擁有矽氧負極電池的技術儲備將成為小米的殺手鐧，因為電池組是新能源汽車成本的大頭，矽負極電池容量大、成本低、性能高，完美契合新能源汽車行業。相信小米矽負極電池會顛覆現有的新能源汽車格局，改變整個生態。
本文論述了小米在新材料電池領域的突破。下篇將繼續討論小米在無線充電方面的黑科技，以及如何實現67W無線充電的商業量產。