近年、AIの深層的な影響により、スマートフォンは徐々に「AI時代」へと突入しています。AIはユーザーにシンプルで快適な体験をもたらす一方で、強力なコンピューティングパワーとAIの多様な機能は、携帯電話の消費電力を増加させています。携帯電話のバッテリー容量は継続的に増加し、急速充電技術も進化を続けていますが、「電力不足」という問題は依然として多くの消費者とメーカーにとって大きな課題となっています。こうした背景から、近年、シリコンカーボンアノード技術は最も人気のある携帯電話バッテリーソリューションの一つとなっています。
その名の通り、シリコンカーボンアノード技術は、従来のグラファイトアノード材料を、より高い比容量を持つシリコンカーボンアノード材料に変換するものです。これにより、バッテリーのエネルギー密度と容量が大幅に向上し、電力不足の問題を解決します。携帯電話のサイズは変わらないのに、消費電力が急激に増加している状況で、業界関係者のたゆまぬ努力により、この技術は現在、主要な携帯電話ブランドで急速に普及しています。さらに、タブレットやウェアラブルデバイスなどの他のスマート端末にも採用が広がっています。以下は、現在入手可能な最も人気のあるカーボンシリコンアノードバッテリーです。
シリコンカーボン負極電池技術
技術原理
シリコン-カーボン負極電池技術は、シリコン材料とカーボン材料の利点を組み合わせることで、エネルギー密度と容量を向上させることを目的とした新興の電池技術です。以下は、シリコン-カーボン負極電池技術の概要です。
カーボンアノードバッテリー技術の原理は、主にシリコン材料の高い理論的な比容量と、その独自の合金化リチウム貯蔵メカニズムに基づいています。シリコンはリチウムと反応して、理論的な比容量が4200mAh/gにも達する合金を形成します。これは、従来のグラファイト材料の372mAh/gをはるかに上回ります。充放電プロセスにおいて、シリコンアノードはリチウムとLi12Si7、Li13Si4、Li7Si3、Li22Si5などの様々な合金相を形成することでリチウムを貯蔵します。しかし、シリコンは合金化/脱合金化プロセス中に大きな体積膨張と収縮を引き起こし、バッテリーの性能低下につながります。この問題を解決するために、シリコンカーボンアノード技術は、ナノテクノロジーやカーボンコーティングなどを用いてシリコンベース材料の体積膨張問題を改善します。これにより、 導電性 サイクル安定性に優れています。シリコン-カーボン複合材料は、優れた安定性、小さな体積変化、優れた電気伝導性などの利点があるため、工業化が最も急速に進んでいる製造方法となっています。
技術的な利点
シリコンカーボンアノードバッテリー技術の導入後、主に以下の利点がもたらされます。まず、バッテリーのエネルギー密度が大幅に向上します。シリコン材料の理論上の比容量は4200mAh / gと高く、グラファイトの約10倍です。リチウムバッテリーの性能が大幅に向上します。エネルギー密度。第二に、シリコンカーボン負極バッテリーは安全性能が高く、リチウムの脱離電位が低いため、充電中に表面へのリチウムの析出が回避され、バッテリーの短絡リスクが軽減されます。さらに、シリコンカーボンアノード材料の適用は、バッテリーコストの削減と電気自動車の航続距離の延長に役立ちます。最後に、シリコンカーボンアノードバッテリー技術のブレークスルーにより、バッテリー容量は年間約10%の割合で成長しています。将来的にはバッテリー容量が6000mAhに達し、ユーザーにさらに長いバッテリー寿命体験を提供することが期待されています。
シリコンカーボンアノード電池の在庫
炭素-シリコン負極電池技術は現在、主に3C電子製品に採用されており、スマートフォン分野では広く深く活用されています。不完全な統計によると、Honor、Huawei、Xiaomi、vivo、oppo、Lenovo、Realmeなど10社近くが、6種類のシリコン-カーボン負極電池をリリースしています。詳細は以下の通りで、順不同、ブランド名の頭文字で記載しています。
1. 名誉と栄光
青海湖シリコンカーボンアノード電池
青海湖シリコンカーボンアノードバッテリーは、Honorが独自に開発した革新的なバッテリー技術です。Honor Magic5シリーズのスマートフォン、特に5450mAhの大容量バッテリーを搭載したHonor Magic5 Proに初めて採用されました。
この技術は、シリコン材料の理論的なグラム容量がグラファイト材料の約10倍であるという事実を最大限に活用しています。多孔質炭素骨格とナノシリコンin-situ蒸着技術を用いることで、バッテリーのエネルギー密度と性能を効果的に向上させます。具体的には、多孔質炭素骨格が三次元導電ネットワークを形成し、シリコン材料の体積膨張を吸収することで、充放電時の応力を軽減し、電極構造の安定性を維持します。また、ナノシリコンin-situ蒸着技術は、シリコン材料をナノサイズの粒子にすることで、バッテリーの電気化学反応効率をさらに向上させます。
これらの革新により、青海湖バッテリーの負極エネルギー密度は、一般的なグラファイト負極バッテリーと比較して16%も向上しました。第二世代の青海湖バッテリー技術は、Honor Magic 6スマートフォンにさらに適用され、エネルギー密度がさらに向上しただけでなく、低温バッテリー寿命技術においても業界の新たなブレークスルーを達成し、過酷な環境や極限の状況下でも正常に使用できるようにしました。これは、青海湖シリコンカーボン負極バッテリー技術がスマートフォンのバッテリー寿命向上に大きな潜在力と優位性を持っていることを示しています。
2. ファーウェイ
Huaweiの高シリコンアノードバッテリー
ファーウェイはバッテリー技術分野、特に高シリコン負極バッテリーの研究開発において大きな進歩を遂げてきました。このタイプのバッテリーは、負極にシリコン材料を使用します。従来のグラファイト負極と比較して、シリコン負極は理論上の比容量（最大4200mAh/g）が高く、グラファイトの372mAh/gをはるかに上回っています。ファーウェイは、材料比率と微細構造を最適化することで、シリコン負極の導電性と安定性を向上させました。また、充放電時のシリコン材料の体積膨張の問題を解決し、バッテリーの安定性とサイクル寿命を向上させました。ファーウェイはHuawei Mate Xs 2 Collector's Editionでこの高シリコン負極バッテリーを採用し、本体の軽量薄型化を維持しながら、4880mAhのバッテリー容量を実現しました。
ファーウェイの高シリコン負極電池は、その技術革新と性能向上により市場から高い評価を受けています。この電池はエネルギー密度の向上だけでなく、体積を大きく変化させることなく電池容量の飛躍的な向上を実現しています。ファーウェイは、炭素コーティング構造と革新的なフレキシブルポリマーバインダーを採用することで、膨張と脱落を抑制し、リチウム箔でリチウムを補充することで、初回充放電効率を26%向上させました。また、シリコン負極電池にナノカーボンチューブ技術を採用することで導電性を4倍に高め、シリコン負極電池の性能をさらに向上させました。
3. レノボ
星海砲台
星海バッテリーは、レノボが独自に開発した高電圧シリコンカーボン負極電池技術で、エネルギー密度は822Wh/Lと、vivo S19のストレートスクリーンスマートフォンの809Wh/Lを上回ります。これは、現在業界で折りたたみ式スマートフォンに採用されている最も先進的な技術ソリューションの一つです。星海バッテリーの高エネルギー密度は、同じ体積でより多くの電力を蓄えることができるため、バッテリー寿命の延長につながります。
具体的なパラメータについて言えば、moto razr 50 Ultraは4000mAhのXinghaiバッテリーを搭載し、68Wの急速充電に対応しています。moto razr 50の標準モデルは4200mAhのXinghaiバッテリーを搭載し、30Wの有線急速充電と15Wのワイヤレス充電に対応しています。これらのパラメータから、Xinghaiバッテリーは高いエネルギー密度だけでなく、急速充電能力も備えており、ユーザーに快適な充電体験とより長いバッテリー駆動時間を提供していることがわかります。
4. オッポ
氷河砲台
Glacier Batteryは、OPPO/OnePlusとCATLが共同開発した高性能バッテリー技術で、高性能体験を追求するスマートフォン向けに設計されています。この技術は、新世代のシリコンカーボン負極バッテリー技術を採用しており、高エネルギー密度、小型、安定した出力、長いバッテリー寿命、急速充電などの特徴を備えています。Glacier Batteryの負極シリコンカーボン含有量は、業界最高の6%に達しています。エネルギー密度は763Wh/Lと高く、バッテリー容量は6100mAhに達し、業界のシリコンカーボン負極バッテリーで実現できる最大容量となっています。また、Glacier Batteryの体積は、一般的な5000mAhのグラファイトバッテリーよりも3%小さく、より小さな体積でより大きな容量を提供するという画期的な進歩を実現しています。
Glacier Batteryは大容量バッテリーに加え、100W超急速充電の長寿命バージョンに対応し、6100mAhバッテリーを36分でフル充電できます。また、業界で唯一「6000mAh超バッテリー＋100W急速充電」を実現したモバイル端末でもあります。寿命に関して、Glacierは4年間の使用後でもバッテリー寿命は少なくとも80%（約80時間30分）であると発表しています。新たに自社開発した「バイオニックハニカム構造設計」と「シリコンカーボン陽極寿命アルゴリズム」に加え、数々のバッテリー寿命技術を採用しています。これらの特徴により、Glacier Batteryはバッテリー寿命と充電速度の両面で業界をリードするレベルに達し、ユーザーに超ロングライフバッテリー体験をもたらします。
5. リアルミー
集められたエネルギーバッテリー
Realme GT6スマートフォンのハイライトは、Realmeの濃縮バッテリーです。最大6%のシリコン含有量を誇る新世代のシリコンカーボンアノードバッテリー技術を採用し、バッテリーのエネルギー密度を8%向上させます。このバッテリー技術は、エネルギー密度の向上だけでなく、独自開発のシリコンカーボンアノード寿命アルゴリズムによってバッテリーの耐久性を大幅に向上させています。4年間の駆動が可能と謳っています。 サービス 長寿命で、業界初のSGS高エネルギー効率シリコンカーボン負極電池認証を取得しました。
さらに、Realme Energy Batteryは、8.4mmの薄型軽量ボディに5800mAhの大容量バッテリーを搭載し、120Wの超高速充電（100W急速充電）に対応し、50%まで12分で充電可能です。また、UFCS/PPSマルチ急速充電プロトコルもサポートしており、ユーザーに便利な充電ソリューションを提供します。
6. ヴィヴォ
ブルーオーシャンバッテリー
Blue Ocean Batteryは、vivoとCATLが共同開発したバッテリー技術です。革新的なバッテリー材料と構造設計により、バッテリー容量、充電速度、バッテリー寿命の総合的な最適化を実現していることが特長です。
この技術は、負極グラファイト再構成技術、超極片冷間圧延技術、ミクロンレベルのレーザーアレイエッチング技術を駆使し、バッテリーのエネルギー密度を向上させました。vivo X100 Proは5400mAh相当の超大容量を実現し、100Wデュアルコアフラッシュ充電技術もサポートしています。Blue Ocean Battery Technologyは、「オープンソース、スロットリング、効率向上」という3つの主要戦略を通じて、同一体積でより多くのエネルギー貯蔵を実現し、従来のグラファイトバッテリーと比較して9%のエネルギー密度向上を実現しています。
ブルーオーシャンバッテリーテクノロジーは、低温環境での性能にも特に配慮しています。半固体バッテリー技術により、液体電解質に固体電解質を追加することで、新たな導電ネットワークを形成します。これにより、エネルギーの正常な輸送が確保され、低温環境でも優れたバッテリー駆動時間を実現します。さらに、vivo X Fold3シリーズに搭載されたアップグレードされたブルーオーシャンバッテリーには、ブルーオーシャンバッテリーが搭載されています。負極材には第2世代シリコンを採用し、エネルギー密度は780Wh/Lに達し、前世代より15.4%向上しています。
7. MI
金沙江砲台
金沙江バッテリーは、Xiaomiが開発した高性能バッテリーで、Xiaomi 14 Ultraスマートフォンに初めて搭載されました。このバッテリーは高いエネルギー密度で知られ、779Wh/Lに達し、Xiaomi史上最高のエネルギー密度を誇ります。金沙江バッテリーは、最新世代のシリコンカーボン負極技術を採用しています。シリコン含有量は最大6%で、1,600サイクル後のバッテリー寿命は80%です。体積比で見ると、金沙江バッテリーは前世代より8%小さくなっています。また、バッテリー容量は5300mAhに増加し、バッテリー寿命は17%延長されています。
金沙江電池は、有機高分子化合物とin-situフィルム形成技術を併用することで、バイオニック自己修復弾性バリアを形成し、フィルムの延性を大幅に向上させ、複数サイクル使用時に発生する粒子亀裂を迅速に修復します。また、高強度銅箔と高靭性接着剤を使用することで、優れた性能を確保しています。技術面では、金沙江電池はエネルギータンク技術を用いて、ポールピース表面に2376個の流路を形成しています。これにより、電解液とポールピースの接触面積が増加し、電池のエネルギー密度が向上しています。これらの技術の応用により、金沙江電池の容量、耐久性、安全性が大幅に向上しました。
まとめ
スマートフォンはますます多機能化、高性能化していますが、同時にバッテリー駆動時間不足という課題にも直面しています。シリコンカーボンアノードバッテリー技術は、その高いエネルギー密度と容量により、この問題に対する効果的なソリューションとなっています。この技術は、シリコン材料の高い理論的な比容量とカーボン材料の安定性を組み合わせることで、バッテリー性能を大幅に向上させます。コストを削減し、バッテリーの安全性とサイクル寿命を向上させることができます。統計によると、シリコンカーボンアノードバッテリー技術は、約10ブランドのスマートフォンに採用されており、バッテリー容量と耐久性の向上に大きな可能性を示しています。技術の最適化が進むにつれて、バッテリー容量は今後、年間約10%の割合で増加すると予想されており、ユーザーにさらに長いバッテリー駆動時間を提供します。
