網友問：
今年手機電池變大了好多，小俱能不能給科普一下矽碳負極電池？
今年大家對手機行業感知最明顯的大變化有兩個：一個是AI帶來了很多新鮮實用的體驗，另一個是電池容量實作了猛增。
仿佛忽然之間，以前非常罕見的6000mAh超大電池，在今年突然有了普及之勢。這樣的超大電池容量不再是入門機或專業遊戲手機的專屬，開始更多地出現在各價位段主流機型上：vivo S19、vivo Y200系列、iQOO Z9系列、一加Ace3 Pro、努比亞Z60 Ultra系列……至少12款手機。
如果說去年是矽碳負極電池的探索商用，今年則已經成了普及年，各個廠商都已經推出了自有品牌電池技術，如榮耀青海湖電池、小米金沙江電池、OPPO冰川電池、vivo藍海電池、華為巨鯨電池。雖然大家叫的名字不一樣，但都采用了同一項技術——矽碳負極電池。
矽碳負極電池的出現，帶來了手機電池容量的大躍進。
甚至，得益於電池能量密度的提升，小屏手機的續航短板問題一舉得到解決，今年將有更多廠商推出小屏手機，電池容量達到5500mAh左右，這在以往是不可想象的。小屏手機有望迎來自己的春天。
可以說，矽碳負極電池影響了整個手機行業，甚至推動了手機產品形態的改變， 消費者也因此得到了實實在在的好處，不僅不再因為續航而焦慮，而且小屏手機也有了更多選擇。
對於這樣一個具有標誌性意義的技術，不少朋友好奇它到底是怎麽做到電量猛增的，今天我們就來做個簡單科普。
【鋰電池是怎麽充放電的】
首先，我們來看一下手機電池是怎麽充放電的。
大家知道，現在的手機電池都是鋰電池。之所以叫鋰電池，是因為它的充放電主要透過鋰離子的移動來完成。
鋰電池基本由正極、負極、電解液和隔膜四個部份組成。正極材料目前主要有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元鋰等鋰化物。負極材料有很多，但傳統的主要是石墨，當前的新趨勢主要是矽碳復合材料。
圖源：知乎@珠海歐美克儀器
先來看一下傳統的石墨負極電池是怎麽工作的。
當我們給電池施加一個外部電壓，「正極」鋰化物當中的「鋰離子」就會在電場的拖拽下，從原來的化學結構中脫離出來，並且在電磁力的驅動下一路穿過隔膜進入到「負極」的石墨之中。
圖源：知乎@回天新材
當大量「鋰離子」攜帶著電勢能來到負極之後，就儲存在了石墨之中，體積也會隨之膨脹變大。從能量轉換的角度來看，這個過程就是鋰電池的「充電」。
圖源：知乎@回天新材
當電池處於放電狀態時，負極收縮，釋放鋰離子。鋰離子透過電解液從負極移動到正極，並與正極發生反應，釋放出電子，完成放電。
簡單總結一下，鋰電池在充電的時候，鋰離子從正極出來跑到負極；放電的時候，鋰離子又從負極出來跑到正極。 正負極的儲鋰能力決定了鋰離子電池儲存能量的多寡。
【矽碳負極電池是咋回事兒】
研究人員發現，石墨負極需要六個碳原子才能儲存一個鋰離子，而矽材料僅需一個矽原子就能儲存四個鋰離子。如果用矽來做負極材料，儲能要比石墨多幾十倍。
不過，純矽材料有它的缺點，那就是充電後膨脹系數太大。作為對比，石墨負極充電膨脹水平大概在10%多，而矽材料達到了300%！放電後又會大幅收縮。這樣的大幅膨脹、收縮，迴圈多次後，就會導致矽材料破碎、粉化，壽命太短。
另外，電導率較低、電阻比較大，不利於傳導電流，也是矽材料的缺點。
因此， 如何利用矽來提升鋰電池儲能水平，就聚焦在了兩個問題上：一是解決過度膨脹的問題；二是解決電導率偏低的問題。
最終，研究人員選擇了矽碳復合材料——在碳中混入一定比例的矽，既利用了矽高效儲存鋰離子的強大能力，又利用了碳的高電導率。
先是把矽納米化。當矽顆粒小於150nm後，其膨脹率會從300%下降到30%左右。
接下來，用碳將矽微粒包裹住。這樣做的好處是一舉兩得，一方面本身就多孔的碳，可以作為緩沖層，進一步抵消矽微粒的充電膨脹，另一方面可以增加整體結構的導電性。
這樣的矽碳復合材料做負極，可以一定程度上提高電池容量，能量密度約為石墨負極的1.3倍，同時也很好地控制了矽的膨脹，保證了電池使用壽命。
透過前面的介紹，我們知道，矽碳負極電池中的矽含量越高，能儲存的鋰離子就越多，電池能量密度也就越大。因此，目前的技術比拼就聚焦在了矽含量上，主流的是6%矽含量，榮耀第三代青海湖電池則號稱達到了10%矽含量。
圖源：榮耀官網
隨著技術的不斷進步，矽碳負極電池的能量密度有望持續提升。
