硅碳負極材料顯著提升了手機電池的能量密度，不少手機已开始邁上6000mAh的台階。但在AI時代，光靠電池能量密度的提升可能並不能滿足用戶對續航的要求。

文｜遊勇

編｜周路平

不久前，蘋果首次向外界秀出了它在AI領域的布局和肌肉，包括一批AI功能對手機系統層面的改造，可以跨App協作，可以調用個人的數據和情境，同時與Open AI合作，把ChatGPT引入手機中。

但與此同時，AI對手機的電力消耗也引發了市場上的擔憂。馬斯克曾說：“AI技術的發展速度前所未見，到了明年人類就沒有足夠的電力來運行所有的芯片了。”OpenAI CEO奧特曼也提到，AI技術消耗的電力將遠遠超出人們預期。

事實上，無論是從雲端調用大模型，還是在手機上直接運行參數量較小的模型，都將加快對電量的消耗。而手機電池容量這些年並沒有多少增長，提升電池的容量成了和AI應用落地一樣關鍵的事。

從芯片性能到大存儲，從高刷屏幕到手機影像，每一個與用戶體驗密切相關的領域，在過去幾年都經歷了肉眼可見的變化。而如今，進展最緩慢的手機電池，也將在AI時代到來前开啓新的內卷。

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手機電池开始內卷

2013年，iPhone5s搭載的A7處理器的晶體管數量爲10億個。十年後的2023年，iPhone15搭載了最新款的蘋果芯片A17Pro，其晶體管數量達到了190億個。十年時間，晶體管數量漲了19倍，摩爾定律並沒有完全失效。

而反觀電池容量，則出現了另一幅景象。iPhone5S的電池容量爲1560mAh，而iPhone15標准版的電池容量也只有3349mAh。即便是安卓手機，前些年的手機容量普遍在4000-5000mAh徘徊。受限於材料，鋰電池在1991年商用之後，其能量密度一直在緩慢發展，甚至一度有些停滯。

但情況正在發生改變。

6月20日，一加手機又开了一場“散裝”發布會。這次是電池，一加與寧德新能源（ATL）聯合發布了“冰川電池”，採用了當下最熱門的硅碳負極電池。在冰川電池的加持下，一加Ace3Pro的電池容量首次達到6100mAh。雖然容量增加了，但體積相比5000mAh的普通石墨電池還減小了3%。

一加冰川電池發布次日，聯想手機也透露，不久後發布的moto razr 新品將採用最新的電池解決方案，也用的是高電壓硅碳負極，而聯想給這個電池專門起了個名字——星海電池。據悉，這款電池的能量密度高達822Wh/L。

電池的內卷在此之前就已經开始了，最顯著的表現是，每一家手機廠商都給自家的手機電池起了個大氣磅礴的名字。除了一加的冰川電池，還有小米的金沙江電池、榮耀青海湖電池、華爲巨鯨電池及vivo的藍海電池等。好在手機品牌有限，不然湖海山川估計都不夠用。

而這些電池無一例外，都採用了硅基負極（包括硅碳和硅氧負極等）。

早在2019年，小米的概念機型Max Alpha就搭載了納米硅基電池。一年半後，小米11 Pro成爲國內首款搭載硅基負極材料的手機，小米用的是硅氧負極，電池容量達到了5000mAh。很快，華爲Mate Xs 2也採用了高硅負極電池。

2023年，榮耀Magic 5 Pro搭載榮耀發布的青海湖電池，被認爲是首款將硅碳負極電池技術商用的智能手機產品。而vivo採用了新一代硅碳負極材料的藍海電池，其能量密度比普通石墨負極電池高出約20%。該電池將由vivo S19系列手機搭載，首次突破809Wh/L能量密度。

不過，手機廠商用的硅碳負極電池背後，幾乎都來自同一家供應商——ATL（寧德新能源）。經常有人將寧德時代和寧德新能源搞混淆。寧德新能源和寧德時代雖然淵源很深，但兩家沒有股權上的關系，而且業務方向也明顯不同，寧德新能源專注於消費電子領域的鋰電池生產，而寧德時代專注於動力電池。

在新的電池技術的加持下，電池容量紛紛邁上5500mAh的台階。除了一加Ace3 Pro做到了6100mAh，搭載青海湖電池的榮耀Magic6Pro電池容量達到了5600mAh，而vivo的X100Ultra做到了5500mAh，S19也首次突破6000mAh。

手機續航也开始進入“2”時代。比如即將發布的一加Ace3Pro的DOU達到了2天，vivo旗下也有幾款機型的DOU達到了這一數字。

其實，DOU（Daily Office Use，日常辦公使用）是各家內部的一個測試指標，並沒有統一的測試標准，但其邏輯是通過大數據，模擬用戶一天的用機情況。而且，由於用戶群體太復雜，每個個體對續航的體驗和感受會存在差異。

不過，目前看來，能實現2天續航的機型基本不是直板旗艦機，要么是中低端機型，要么是折疊機型。旗艦機的電池容量雖然在硅碳負極的加持下，也在快速提升，但旗艦機的頂級配置，往往意味着功耗更大，而且各種大尺寸影像傳感器對手機空間的佔用比較高，所以還沒有直板旗艦的DOU做到2天時間。

一加中國區總裁李傑說，硅碳負極和大容量電池，很快就會普及。除了一加Ace3Pro將首次搭載冰川電池，一加後續的項目中會普及大電池方案。

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大電池背後的努力

手機電池能量密度的顯著提升，得益於硅基負極材料的商用。現在的手機鋰電池由正負極、電解質和隔膜等幾個部分組成，而正極材料基本是鈷酸鋰，負極材料是石墨。

但石墨的能量密度已經快接近極限，新型的負極材料成爲提升鋰電池容量的關鍵。硅負極的比容量（4200 mAh/g）遠高於石墨（372 mAh/g）的理論比容量。

硅碳負極其實不是新鮮詞，早在上世紀70年代就已經开始提出了相應的概念。但因爲首效和體積膨脹的問題，一直沒能大規模使用。比如純硅的體積膨脹可達石墨的三倍以上。

但在幾年前，美國一家硅碳復合材料公司Group 14，通過CVD氣相沉積，制備出了新的材料，很大程度改善了硅的膨脹問題，並且已經成功實現產業化。寧德新能源（ATL）的硅碳負極材料就來自Group 14。

ATL副總經理趙忠利告訴數智前线，硅碳負極電池去年才开始量產，主要是這幾年解決了硅膨脹、首效低等問題，“在能夠接受的成本下，讓它的能量密度能夠提升，讓它的膨脹不是那么大。”ATL正在开足馬力，生產硅碳負極電池，滿足對手機廠商的供應，“現在行業在卷，競爭很激烈，速度就變得很快。”

此前，有機構預測，預計到2025年，硅基材料使用比例將由目前的25%增長至40%。

而且，目前的硅碳負極電池的硅含量大多在6%左右。真鋰研究創始人墨柯告訴數智前线，隨着多孔碳技術的成熟，在負極材料中提升硅含量還有很大潛力。這也意味着，隨着硅含量的增加，電池的能量密度也將繼續增長。

事實上，爲了提高鋰電池的能量密度，業內一直在做着不同的努力。墨柯告訴數智前线，除了這次硅碳負極材料的突破，鋰電池的能量密度在過去經歷過幾次大幅增長。比如提升材料的壓實密度和提高電壓。手機電池的正極材料鈷酸鋰，最开始的標准電壓是3.7V，如今已經普遍提高到了3.8-3.9V，而一加冰川電池已經做到了4.53V。

vivo不久前首發的半固態電池則是從電解質入手。電解質是正極和負極中間的材料，其作用是在正負極之間傳輸鋰離子。之前都是液態電解質，但液態電解質存在漏液的問題，也存在安全性問題，鋰枝晶會有正負極短路的風險。而且在低溫環境下，續航也會降低。

固態電解質可以避免這些問題。不過，目前固態電解質還有很長的路要走，半固態電池是一個過渡方案。

除了正負極材料上下功夫，也开始有些廠商在改進電池的封裝工藝。比如，此前有爆料稱，三星Galaxy S24Ultra和蘋果iPhone15都會採用堆疊式電池技術，以提高能量密度和延長使用壽命。

傳統的封裝方法用的是卷繞工藝，但堆疊式工藝的優勢是能減少空間浪費，提升同體積下的電池容量。目前堆疊式電池技術已經在電動汽車領域得到了廣泛應用。不過，手機廠商還未正式發布相關電池。

而蘋果從iPhone X开始使用了雙層主板和異形電池設計，來爲iPhone塞入更大容量的電池。而很多安卓手機也採用了雙電芯的做法，通過電路串聯的方式，在一塊電池裏放入多個電芯，提高充電的效率。

03

AI時代，光靠做大電池可能還不夠

諾基亞最經典的功能機諾基亞1100，在全球共賣出了2.5億部，成爲手機歷史上賣得最多的手機。而這款手機採用了BL-5C鋰電池，容量只有850mAh。雖然容量不高，但續航時間卻很長，官方待機時間達到了400小時。

顯然，手機續航的長短不僅與電池容量大小相關，也跟耗電量有非常大的關系。功能機基本是打電話、聽歌、發短信，耗電非常有限。而智能機的高刷屏幕、芯片功耗不斷提升，用戶使用時長也在逐年增加，這些因素都使得雖然電池容量在緩慢增長，但趕不上用戶的耗電需求。

曾有數碼博主對2019年到2021年發布的近200款手機進行了續航測試。測試機型的平均電池容量爲從2019年的3912.1mAh到4287.93mAh再到4498.49mAh，都是逐年上漲，但在“5小時續航測試”中，平均剩余電量幾乎都沒有變化，都在50%左右。這也說明，雖然電池容量提升了，但屏幕、Soc以及5G等因素的影響下，手機耗電量也在逐步增加。

所以說，續航不僅要开源，節流同樣重要。

iPhone的電池容量一直不高，但續航並不算太差，其核心是對系統的優化和對芯片的調教。iOS系統有一套墓碑機制，它允許應用在進入後台後保留其狀態，然後被“凍結”，確保它們在不活躍時進入低功耗狀態，同時保留其狀態以便快速恢復，以節省系統資源和電池。

安卓廠商這些年也在系統功耗優化方面做了很多努力。比如vivo通過系統輕量化提升了計算效率，通過不公平調度將系統資源優先分配給前台任務，提升了手機的續航體驗。

OPPO也自研了“微架構超算引擎”，通過CPU調度平台，基於用戶觸覺、視覺、聽覺爲導向定制專屬的CPU調頻調度算法，降低高負載應用場景下的CPU功耗；支持動態幀率刷新，在不同場景下智能調整屏幕刷新率，降低高刷帶來的屏幕功耗。

而榮耀的都江堰電源管理系統則是通過硬件芯片+軟件算法結合，實現了對電量精准測量、電池使用安全和充放電策略的全方位管理和優化。

大家的思路都是通過系統層面的資源優化，來減少功耗，提高續航能力。

但隨着大模型時代的到來，AI對端側算力和電力的消耗也已經引發了不少的擔憂。雖然還沒有機構或者廠商，統計過大模型在手機側的應用會帶來多少電力的消耗，而且現在手機上的AI能力有限，人們對功耗的感知也不強烈，但隨着AI在手機系統層面的深度應用，必然會加大人們的續航焦慮。

Group14 Technologies的首席執行官表示，智能手機新功能的不斷增加驅動了對下一代電池技術的需求。他說：“如果硅負極電池能夠提供超過50%的能量密度提升，那么無論設備的效率是否能同步提升，設備制造商在系統設計上的靈活性都將得到極大的增強。”

芯片廠商也在努力降低功耗。高通表示，驍龍X Elite芯片在運行微軟的Copilot Plus人工智能助手時，電力消耗僅爲傳統芯片的十分之一，但性能輸出卻與之相當。

一直以來，電池材料的革新和手機系統和功能的膨脹是一個矛盾的兩面，在即將到來的AI手機時代，除了電池材料的進步，如何降低手機本身的功耗將是保證體驗的一大關鍵。

       原文標題 : AI時代下的手機：算力重要，電力更重要

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標題：AI時代下的手機：算力重要，電力更重要

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