电池技术重大突破，一文看懂小米全球首发硅氧负极电池

试问5年前有谁想到2021年的手机将会是什么样子？

5G超高速通讯网络让人们随时可以接入互联网，将多年前仅限于通话的个人终端拓展出更多可能；强悍的处理器算力提供畅快的使用体验，甚至可以在手机上享受3A级 游戏 ；影像部分更是达到前所未有的高度，抬手即拍的就拥有与相机一战之力的画质；屏幕更是从以前的3.5英寸最佳变成手机有多大屏幕就有多大。

唯独，默默无闻为这么多高 科技 部件提供运行电力的电池，却难以突破自身界限，能量密度难以提升。人们另辟蹊径，从提高电池的充电功率，从缩短电池的充电时间着手，也只能缓解容量不够大的窘迫，不能解决根本性容量密度低下的问题。

石墨材质负极制作的锂电池已使用多年，经过逐年发展容量提升已达到瓶颈状态，想要获得更长的续航只能依赖简单粗暴的“增加电池尺寸”来提升容量，在如今追求轻、薄、手感的旗舰机中电池已成为木桶里最大短板。

谁能站出来？

2021年3月29日-30日小米连开两场春季新品发布会，小米11 Pro、小米11 Ultra、小米折叠屏手机等重磅旗舰手机亮相，小米全球首发了硅氧负极电池，并成功量产搭载在小米11 Pro、小米11 Ultra身上，高能量密度、高寿命、高性能的硅氧负极电池相信会带动电池行业迈向新的篇章。

电池原理

电池从结构件来划分主要由三个部件组成：阳极、阴极、与隔膜，通过卷绕堆叠等方式装配，填充电解液后封入钢壳或者软性包装内，就变成人们常见的电池，钢壳电池一般用于电动 汽车 上，数码产品一般使用软性包装。

在充电过程中，外部电压通过极耳施加到电池内部，正极锂离子释放电子，在电场作用下穿过隔膜在电解液中迁移至负极，嵌入到负极石墨活性物质内部，电子被接收，完成充电储能过程。外部带载需要放电时，锂离子释放电子并从负极脱嵌，穿过隔膜向正极迁移，嵌入到正极，电子被正极活性物质接收，完成电能释放。

传统石墨负极电池瓶颈

锂电池正极材料有很多不同的配方，钴酸锂、镍钴锰、镍钴铝，这里暂不讨论正极。负极材质方面一般采用石墨配方制作，石墨易取得且价格便宜，并且性能还行，所以石墨负极作为电池负极主要材质已使用了几十年。

石墨材质负极电池多次循环后，架构开始不稳定，部分锂离子无法嵌入到负极内部只能停留在负极表面，慢慢堆积起来产生析锂现象，可用与迁移的锂离子越来越少，容量快速衰减，严重时会析锂会变成锂枝晶刺破隔膜，导致电池内部短路漏电甚至爆炸。容量方面传统石墨负极材质锂电池能量密度理论上限约为372mAh/g，目前技术已迫近理论值难以再往上突破，寻求新材质配方势在必行。

小米每代旗舰电池发展

小米历代旗舰系列手机的电池容量发展，从上面的柱状图可以看到，小米历代旗舰机型的电池容量基本上随时间逐渐提升，但到达4000mAh之后容量增长开始放缓，电池容量最高为小米10的4780mAh，主要提升容量密度的方法是增大电池体积，可以看出传统石墨负极电池能量密度已到达瓶颈状态。

小米历代旗舰手机的快充发展可以看出在小米9前面的18W快充保持了很久，小米5是2015年发布的机型，小米8是2018年发布的机型，18W快充整整用了3年的时间。小米的快充是在2019年的小米9及以后的机型中得到显著的提升，也可以看出小米开始在快充技术方面开始发力，功率最高是小米10至尊纪念版，搭载了石墨烯基蝶式电池，功率达到120W，性能提升被能量密度拖了后腿。

硅负极新材质电池挑战

把硅材质应用到电池负极上需要面对几个难题，一是硅颗粒在锂离子充电时会膨胀，最大可膨胀至原来4倍，结果是导致结构坍塌，电极材料脱落。二是硅本身为半导体材料，相比常用的石墨负极，导电性差很多，锂离子脱嵌不可逆程度大，也影响电池容量。

2019年，特斯拉在电池日活动上就介绍了特斯拉将开发硅负极材质电池，通过在在硅原材料上涂抹特殊涂层达到稳定硅结构的作用，避免充电膨胀性导致结构损坏。新能源 汽车 的成本占比中，电池组占比十分高，特斯拉使用硅负极电池主要是用于大幅度降低成本提升产能，迅速抢占新能源 汽车 市场。小米将硅负极电池应用到数码配件上，同样要解决硅膨胀的物理特性才可以将其量产使用。

小米首发硅氧负极电池

小米11 Ultra并非首次使用硅负极材质电池的小米手机，早在2019年9月，小米概念机MIX Alpha上就使用了纳米硅碳负极材质电池，在4050mAh容量的电池上实现了40W有线闪充。虽然MIX Alpha只是技术验证机型未量产，但也能看出小米在2019年甚至更早前，就已经开始对电池新负极材质进行 探索 。

相比起第一代硅碳负极，这次小米11 Ultra采用了更为成熟稳定的硅氧负极材质电池，属于小米第二代硅负极电池技术，通过掺硅补锂的方式在负极中使用了纳米级硅氧化物，与第一代硅碳材质相比拥有更加稳定的结构。硅氧负极有效避免充放电过程中硅颗粒膨胀导致破裂粉化，解决硅负极电池寿命问题，让这种新材质电池不止停留在概念上，进入实际量产让消费者受惠。

狭窄空间内的容量提升

目前旗舰机型电池容量一般在4000-4500之间，入门级产品反而经常见到5000甚至以上的超大电池，为什么旗舰机型电池反而没入门机容量大？因为入门机型摄像头模块占据空间少，处理器性能释放较为温和无需额外投入大散热规模处理，并且入门用户对外观手感设计等没太大追求，所以入门机相对来说拥有更大的空间放入大电池。

而旗舰机型则不同，有看过拆解的小伙伴就知道，旗舰机型一般在性能方面都做到了全面堆料，影像部分摄像头模组占了巨大的空间，主板被挤压到只剩下一丁点空间，强悍的处理器还要放入均热板、热管、石墨导热贴等散热模块，还要预留空间给无线充电线圈，所以旗舰机型电池反而无法再做大。

传统石墨负极材质锂电池能量密度理论上限为372mAh/g，目前技术已迫近理论值难以再往上突破。而硅负极材质能量密度上限高达4200mAh/g，是传统石墨负极材质的10倍储电能力，可以在相同的空间内放入更大容量。

小米11 Ultra机内结构为传统的三段式设计，机身厚度也仅为8.38mm，电池仓空间并未见有特别增大，就在这小小的空间内，放入了5000mAh大容量电池，可见硅氧负极电池的确可以提升能量密度。虽然硅负极材质电池能量密度十倍于石墨材质电池，但小米11 Ultra作为首款搭载硅氧负极电池的量产数码产品，小米并未将硅氧负极电池实力尽情发挥，而是做出了十分谨慎的处理，相信以后更多产品搭载硅氧负极电池的产品后，小米将会进一步提升能量密度。

67W大功率快充

电池三块拼图，寿命、容量、性能，解决了寿命稳定性并提升容量后，最后一块拼图就是性能：快充。前面已经说过电池是卷绕堆叠的方式制作，连接外部的是极耳。极耳就好比是马路，传统电池采用双向单车道设计，所有车辆通行都在这道路上，速度受限于单车道只能低效前进，就算 汽车 提速也会引起不稳定，简单来说就是传统电池极耳少内阻高只能慢充，大电流会发热，难以提升充电功率。

小米11 Ultra电池采用了MTW多极耳技术制作，多达20个极耳好比修建了对向10车道，大幅度增加了通行效率，大幅度降低内阻，可支撑大电流充电并降低温升。

小米11 Ultra配套充电器型号为MDY-12-ES，输出功率67W，是小米私有快充系统内常见的魔改A口PD充电器，支持5V3A / 9V3A / 11V6.1A / 20V3.25A，其中11V6.1A正是小米11 Ultra快充所使用的电压档。

小米11 Ultra内部为ATL单电芯结构，有线充电部分采用2：1电荷泵充电技术，通过电压减半电流加倍的方式进行高效直充。按照电池电压4.45V计算，实际充电器输出8.9V6.1A，电池端直充功率将达到4.45V12.2A。从官方提供的数据中可以得知，小米11 Ultra只需36分钟就可以充满100%，不管是完全充满还是碎片化充电都非常快速。

充电头网总结

石墨负极电池技术已达到瓶颈难以提升能量密度，只能通过增大体积来增加容量，这限制了所有用电设备的设计、使用、体验，比如手机要么做轻薄失去大容量电池，要么做成板砖那么厚来提升续航。

小米成功攻克新材质电池技术全球首发硅氧负极电池，纳米硅氧负极材质保证其结构稳定达到长寿命效果，能量密度的提升让小米11 Ultra在8.38mm机身厚度内，放入容量高达5000mAh的大电池，MTW 20极耳技术让它支持67W电荷泵高压直充。这意味着小米已掌握手机锂电池核心技术，补足了木桶最大的一块短板，并且会带动整个行业全面进入新材质电池的开发当中。

小米在春季新品发布会上宣告进军新能源 汽车 领域，拥有硅氧负极电池的技术储备将会成为小米杀手锏，因为电池组是新能源 汽车 成本构成的大头，硅负极材质电池大容量、低成本、高性能完美贴合新能源 汽车 行业，相信小米硅负极材质电池将会颠覆新能源 汽车 现有的格局，改变整个生态。

本文探讨了小米在新材质电池领域方面的突破，下一篇文章充电头网将会继续探讨小米在无线充方面的黑 科技 ，如何实现67W无线充的商用量产。

2020年 7 月 15 日，中国，深圳—— 业界领先的 OPPO VOOC 闪充技术，面向5G时代全面升级。在刚刚召开的“不止于快——OPPO新一代超级闪充发布会”上，OPPO正式发布125W超级闪充和 65W AirVOOC技术，双双刷新有线无线充电功率纪录。同时OPPO还首次发布了超小便携的 50W超闪饼干充电器、110W 超闪mini充电器，从超高功率的有线、无线充电到更加便携兼容的充电器，OPPO闪充实现更加长足和更加多元的发展。

125W超级闪充在手机温度≤40℃ 的前提下，实现了20分钟充满等效4000mAh电池能量的手机，采用并联三电荷泵，多极耳双6C电芯，配合十颗新增温度传感器的严苛温控，保障高速充电安全不烫手。65W AirVOOC 通过超高功率让无线闪充也开始成为主流的充电方式，采用首创的隔离型电荷泵技术，充分保障高功率无线充电安全；首次面世的 50W 超闪饼干充电器、110W 超闪mini充电器，彻底革新了传统充电器架构，以其创纪录的轻薄便携开辟大功率充电器小型化、便携化新方向，同时兼容主流第三方充电协议，未来将让更多用户有机会体验到VOOC闪充的高效便捷。

“5G时代，不管是硬件规格的提升还是应用场景的丰富，都让手机的功耗变得越来越大，但是电池的容量不可能无限量的增加。所以，5G时代的超级闪充效率必须继续提高”，OPPO VOOC 闪充首席科学家张加亮表示，“OPPO在闪充领域的追求绝对不满足于快。我们持续 探索 充电领域新的可能性，推出更多像脉冲充电这样能引领行业发展的革新技术；我们也会更积极参与甚至主导行业标准制定，持续普及直充技术体系。”

125W超级闪充：超快不烫手

高功率充电不能以牺牲温控体验为前提，125W超级闪充不仅 5 分钟即可将等效 4000mAh 电池能量的手机充至 41%，20 分钟完全充满，更将熄屏待机充电时温度严格控制在40℃以下，让闪充始终保持高效、安全不发烫。同时适配器更新为Type-C接口输出，全面兼容 SuperVOOC 和 VOOC 协议，支持 125W PPS、65W PD、36W QC 等行业通用快充协议，是当前业内最为先进的快速充电技术。

在电池端，125W超级闪充将3C电芯升级到6C电芯，极耳中置（MMT）升级为多极耳（MTW）技术，将电荷的运动路径成倍的缩短，电芯阻抗进一步降低，允许输入高达12.5A的大电流。

在输入端，125W超级闪充采用转换效率高 98% 的并联三电荷泵方案，适配器输出的20V 6.25A经过三电荷泵降压转换成10V 12.5A进入电池，每个电荷泵只需转换20V 2.1A大约42W左右的功率，有效地避免了大电流造成的电荷泵过载、过热。

125W超级闪充熄屏待机充电时温度严格控制在40℃以下，继承了VOOC的技术框架，适配器和手机端双向通讯机制可以实时调节电压电流以控制发热。在原有的4颗温度传感器基础上，125W超级闪充新增了10颗温度传感器，分布在电池极耳、电池主板BTB和USB接口，任何温度异常都能第一时间反馈给手机和适配器。在VOOC技术平台五重安全防护的基础上，数据线也导入了E-marker加密，再加上OPPO独有的128位加密算法，全方位保障充电安全。

65W AirVOOC：无线实力全开

相比有线充电，无线闪充可以实现随放随闪充，65W AirVOOC 30分钟即可充满一部等效4000 mAh电池能量的手机，通过比肩商用最快有线65W闪充的速度，将带来更加碎片化、无感化的充电体验，无线充电不再是补充，开始成为主流的充电方式。

65W AirVOOC采用双发送、双接收的双无线充电引擎架构，将无线充电功率的大幅提升，从发射到接收的效率更高达88%，除双线圈外，OPPO也在同步验证65W单线圈方案。高功率无线充电，安全问题尤为重要， 65W AirVOOC采用OPPO首创的隔离型电荷泵技术，有效隔离高压，同时65W AirVOOC概念底座引入了主动式半导体散热方案，实现不超过40℃的机身温度。

50W 、110W超闪mini充电器器：便携更兼容

OPPO 首次推出50W 超闪饼干充电器、110W 超闪mini充电器，在保证高效充电的基础之上，尤其以极致轻薄的机身带来更加便携的使用体验。50W 超闪饼干充电器首创跑道式超薄外形，大面积应用多弧度曲线设计，整体如鹅卵石般圆润精致，厚度仅 10.5mm ，配合折叠插脚设计，轻松适应日常收纳携带，可轻松放置于衬衫、牛仔裤口袋，超小无负担。50W 超闪饼干充电器兼容 SuperVOOC和VOOC 闪充，支持 27W PD 、18W QC和 50W PPS 等行业通用快充协议，可为手机、平板电脑电脑等设备进行快充。凭借创新性的外观、精密的硬件堆叠和先进底层技术架构，OPPO 50W 超闪饼干充电器打破长久以来充电器设计范式，开辟手机快充技术发展新方向。

高功率适配器走向小型化必须突破传统方案，传统充电器需要依靠内置的电解电容储能，以实现稳定的功率输出，但伴随功率提高，电解电容体积需要相应增大，加之普遍较厚的传统变压器，造成传统方案下的高功率充电器体积居高不下。

针对电解电容体积问题，OPPO 闪充团队设计了新一代革命性技术架构：无电解电容设计，并全行业首次引入体积更小的航空级器件—钳位二极管，吸收高达250KW的浪涌冲击，让充电器安全的支持全电网电压。而在取消了电解电容之后，充电器输入到手机的电流就是100赫兹的脉冲直流电，为此，50W 超闪饼干充电器采用全新充电技术——脉冲充电。相比于传统的充电方式，脉冲充电由于存在极短时的充电间隙，电池的极化反应就会被消除，电池的损耗更小、温度变化也更小。

针对传统变压器体积问题，50W 超闪饼干充电器从常规变压器升级到高频平板变压器，纵向空间减小了50%。引入氮化镓高频开关，使变压器单次储能需求变小，进而减小变压器体积，OPPO自研的ACF（Active Clamp Flyback）控制架构实现零电压（ZVS）零电流（ZCS）开关，开关损耗无限接近0。

在 50W 超闪饼干充电器基础上，110W 超闪 mini 充电器通过开创性的双级架构实现高效率电源转换和温升控制，以创新性的叠层板堆叠和极致结构壳料设计，将厚度同样控制在了12mm。110W超闪 mini 充电器除了全面兼容SuperVOOC、VOOC，还支持110W PPS、65W PD、36W QC，涵盖了市面上主流笔记本电脑、平板电脑、手机的快充协议。

高效、安全、兼容、便携，是OPPO闪充面向5G时代新的关键词，全面升级后的闪充，拥有更趋完美的充电方案和更加理想的充电体验，也是 OPPO 数年来深耕闪充技术的的积累与沉淀。截至 2020 年 4 月，OPPO在快充领域的全球专利全球申请超过 2700 件，并通过 30 款以上搭载VOOC闪充技术的手机产品，让全球超过1.57亿用户领略到了极速闪充的魅力。

兼具速度与温控体验的125W 超级闪充，与更具实用意义的高功率无线充电65W AirVOOC，形成充电场景的强势互补；而且OPPO超级闪充不止于手机，大功率超小型充电器技术也将让闪充应用更加多元更加广泛。OPPO 闪充平台面向5G时代完成首次全方位大升级，实现更全场景的充电解决方案，将会进一步夯实手机快充领域技术领先地位，也为未来“万物皆可闪充”的发展带来更多想象空间。

OPPO在充电领域的追求始终不止于快，伴随着更多如同隔离型电荷泵、钳位二极管、脉冲充电等引领行业发展的技术创新，和包括电池的循环寿命和安全等在内的基础保障， OPPO持续 探索 充电领域更多的可能性。同时，OPPO将会积极参与甚至主导行业标准制定，持续普及直充技术体系。

mTw=mortal team work 。即致命小组。作为此俱乐部的名字。 AMD即Advanced Micro Devices的英文缩写。即超威半导体。是mTw职业电子竞技俱乐部的赞助商。 而Who则是选手ID。韩国职业魔兽争霸选手。叫Du Sub Jang。

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