别被厂商忽悠！5500mAh 电池可能不如 2700mAh

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长久以来，我们习惯了用 「mAh」 来标示手机电池容量，比如 iPhone 4 电池容量是 1420mAh，初代小米电池容量是 1930mAh，现在的 iPhone 15 Pro 是 3374mAh，小米 14 Pro 是 4880mAh。

根据电池容量，我们很容易判断出不同手机电池存储能量哪个多哪个少，是吧？
但是老狐要说，这种判断可能会是错误的。
比如 vivo 的 X100 系列，X100 Pro 的电池容量是 5400mAh，X100 Ultra 的电池容量是 5500mAh。

按照常识，我们会认为 X100 Ultra 电池容量大于 X100 Pro，所以 X100 Ultra 的电池能量也比 Pro 高。
实际上，X100 Pro 电池能量是 21.01Wh，Ultra 是 20.90Wh，Pro 电池的能量更高。

但是这又不是绝对的，如果你各买一台手机，实际测得的电池能量，X100 Ultra 有可能比 Pro 更高。
听到这里，大家可能被我绕晕了，没关系，接下来我给大家解释这到底是怎么一回事。

电池容量
老狐要从中学物理知识开始说起，关于电量的单位通常用 Wh 或者 kWh 表示， 1kWh 就是我们在生活中习惯说的 “1 度电”。

W 是功率单位，h 是时间单位，功率乘以时间，就是电量。
但电池的容量是 mAh，而不是 Wh 或 kWh，它表示一个什么呢？就是在特定的电压下，电池能以多少 mA 的电流放电多少小时，比如 5000mAh 就是能 5000mA 的电流放电 1 小时，而特定的电压就是电池的电压。
中学物理学过，P（W）=U（V）I（A），功率等于电压乘以电流，电池容量 mAh 已经有电流和时间，再乘以电池电压，单位就变成 mA·V·h，也就是电池电量 Wh。

所以一块电池的容量（电量）要用电池容量乘以电池电压，不过每块电池，标称的电压其实是不同的。
在 vivo X100 系列相应的产品详情页下方，特别用小字注明了电池容量和电压。
比如 X100 Ultra 的标称电压是 3.80V，而 Pro 的标称电压是“等效”于 3.89V，再乘以各自电池容量 5500mAh 和 5400mAh，最后能量就是前面提到的 20.90Wh 和 21.01Wh。

即使 vivo X100 Pro 电池能量高，因为电池电压高，电池容量数值反而低了。
对比更明显的是，vivo X100 Pro 是双电芯单接口串联设计，标称电压应该是 7.78V，所以电池的典型容量应该是 2700mAh。
实际使用过程中，电压会出现变化，电池能量充足时，电池输出的电压可能高于 4V，电池能量低时，电压可能只有 3V。
现在，我再来给大家解释为什么实际购买的手机，X100 Ultra 的电池能量有可能比 Pro 更高。
再看这部分小字，我们会发现除了上面标注的「典型容量」，下面还会有「额定容量」，典型容量会比额定容量高。
实际上，几乎所有国产手机电池上都会这样标注。

*画面来源于 B 站@微机分WekiHome
典型容量是电池容量的平均值，因为每块电池实际容量不可能绝对一样。而额定容量是在 IEC 61960 标准测试条件下的容量最小值。
如果我们买到的 vivo X100 Pro 电池容量接近额定容量，而 vivo X100 Ultra 接近典型容量，那么 vivo X100 Pro 的电池能量 20.47Wh 就将低于 Ultra 的 20.90Wh 。
这样大家能理解了吧。

另外，因为典型容量比额定容量高，所有手机厂商在宣传电池续航所用数据都是典型容量，这也导致咱们购入手机电池实际容量可能低于宣传的数字。
站在消费者角度，代表最小值的额定容量才是可信度更高的数据，目前OPPO、荣耀等机型都有标注。

电池容量数据把人绕晕的还有充电宝，标称容量和额定容量往往会差很多。
比如这款小米的充电宝，宣传的电池容量是 10000mAh ，而额定容量只有 5600mAh，第一次看到这数据，大家会不会和老狐一样疑惑，充电宝的电转化效率这么低吗？

如果你明白了前面的手机电池的电压不同，容量也会不同，大概也明白这里为什么会这样了。
在这个 10000mAh 旁边标注了 3.7V，表示电芯容量是在 3.7V 电压情况下计算得到的， 10000mAh 乘以 3.7V，电芯能量也就是 37Wh。

而 5600mAh 旁边标注的是 5V/3A，表示额定容量是在 5V 的输出电压下计算得到的，所以输出能量是 5600mAh 乘 5V，得到 28Wh。
也就是电芯储存 37Wh 的能量，输出能量是 28Wh，转化效率差不多是 76%。
以上是手机电池和充电宝在电池容量和能量之间的转换关系。

硅碳负极
不过，除了这些，现在的手机产商在宣传电池时不仅仅是夸电池容量有多大，而且会有很多名词，比如青海湖电池，金沙江电池，蓝海电池。
荣耀的青海湖电池和小米的金沙江电池都宣传了「硅碳负极技术」。

vivo 的蓝海电池没有直说是硅碳负极技术，但是 vivo X100 Pro 里提到碳元素重组，到 X100 Ultra 又改变宣传文案，变成了高硅负极技术，综合起来应该也是硅碳负极技术。
此外，vivo 还宣传了蓝海电池的「半固态电池技术」。
咱们先来说说这个「硅碳负极技术」。
在荣耀 Magic 5 Pro 上，首次把电池的负极由石墨换成硅碳材料，由此提升电池的能量密度。这个硅碳材料到底是什么，它为什么被这么多手机厂商用来宣传？

先从锂电池历史说起。
现在我们知道，不管是现在的手机电池还是汽车电池，都是锂离子电池，锂化合物作为正极，石墨或硅碳材料作为负极。
但在 1970 年，斯坦利·惠廷厄姆刚发明锂离子电池时，正极是硫化钛，负极是金属锂，金属锂因为太活跃，非常容易燃烧。

于是，科学家开始寻求能够释放和结合锂离子，并且更安全的材料。
1980 年，约翰·古迪纳夫的团队发现适合电池的正极材料钴酸锂。
1982 年，美国伊利诺伊理工大学发现石墨可以结合锂离子，适合用作锂电池的负极材料。
1985 年，日本化学家吉野彰以钴酸锂作为正极，石墨作为负极，制造出第一块锂离子电池并获得专利，后来索尼在 1991 年把锂离子电池商业化。
斯坦利·惠廷厄姆、约翰·古迪纳夫、吉野彰三个人因为对锂电池发展的杰出贡献，获得了 2019 年的诺贝尔化学奖。

锂电池正极材料选择比较多，除了钴酸锂，还有锰酸锂、镍酸锂、镍钴锰三元锂、磷酸铁锂。
而负极材料，在很长时间里，都是石墨，直到最近两年，咱们才开始频繁在手机厂商宣传上看到新的一个词——硅碳负极。
其实把硅用于锂电池的实验早已在上个世纪 70 年代便开始进行，相比于石墨这种材料，硅作为负极，比容量更高。
所谓比容量，就是电池每单位体积或重量能输出或储存的容量，石墨比容量是 372mAh/g，纯硅的比容量最高可以达到 4200mAh/g，比石墨高出 10 倍多。

只不过因为硅的电导率和锂离子的扩散系数较低，硅在电化学循环时会产生高于 300% 的体积膨胀，这种膨胀会破坏电池内部结构，在充放电循环 10 次后，电池就会损失大部分能量，没办法使用。
于是，研究人员找到一种方法，把硅纳米化，纳米化的硅能减轻体积膨胀带来的影响，延长使用寿命。再用碳来包裹纳米化的硅，就有了硅碳负极。

添加的硅能提高负极材料的比容量，碳材料缓冲硅在锂化时的体积膨胀，碳还有优秀的导电性，弥补硅的导电劣势。
于是，我们可以看到荣耀 Magic 5 Pro 的青海湖电池运用硅碳负极后，电池的能量密度比提升了 12.8%，让硅碳电池在手机行业出了一把风头，小米和 vivo 纷纷跟进。
但这不是硅碳电池第一次进入大众视野，在 2020 年，特斯拉就宣布他们将在汽车中使用硅碳负极电池 4680，并于 2022 年实现量产，今年 6 月初已经生产了 5000 万枚。

在不久之后，我们应该能见到硅碳负极电池下放到更多低端手机上面。

半固态电池
vivo 蓝海电池提到的所谓「半固态电池」，就是改进锂电池中的另一种物质电解液。
一块锂电池组成除了电池封装、正负极，还有电解液和只有锂离子能通过的薄膜。正负极咱们前面已经说了，电解液的作用是在正负极之间传输锂离子。

目前的电解液通常采用有机溶液，有机溶液虽然应用广泛，但安全性不那么好，易燃、易腐蚀、还会逐渐析出锂枝晶。锂枝晶有刺穿薄膜，造成正负极短路的风险。

此外，在低温环境下，有机溶液的粘度增大，传输锂离子的效率降低，导电率下降，这也是锂电池在低温下续航降低的原因。
所谓半固态，就是把电解液替换成固体电解质和起到浸润作用的电解液，可以提高安全性，低温下更稳定，能量密度更高。
vivo 的蓝海电池便是强调低温下的优异性能。
当然了，锂电池的终极形态还是「固态电池」，纯固态电解质代替电解液，锂电池安全性大大提高，并且能量密度还能显著提高。

不过，因为没有液体的电解质，固态电解质与正负极的接触面积变小，出现阻抗增大的问题，此外，固态电池的生产成本更高。
既然碳负极通过材料的进步，将硅纳米化后实现硅碳负极，固态电池的发展关键依然是材料科学的发展。
21 世纪果然还是材料的世纪。
参考资料：
维基百科、京东、B 站、
《全固态电池界面的研究进展》，王晗 ，安汉文 ，单红梅 ，赵雷 ，王家钧
《锂离子电池硅基负极比容量提升的研究进展》，余晨露，田晓华，张哲娟，孙卓
部分图片来源于网络
编辑：饿羊羊