최근 몇 년 동안 AI의 영향력이 커지면서 스마트폰은 점차 "AI 시대"로 접어들고 있습니다. AI는 사용자에게 간편하고 즐거운 경험을 선사하지만, 강력한 연산 능력과 다양한 AI 기능으로 인해 휴대폰의 전력 소모량이 증가하고 있습니다. 휴대폰 배터리 용량이 지속적으로 증가하고 고속 충전 기술이 지속적으로 발전하고 있지만, "전력 부족" 문제는 여전히 많은 소비자와 제조업체의 고민거리입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 실리콘-탄소 양극 기술은 최근 몇 년간 가장 인기 있는 휴대폰 배터리 솔루션 중 하나로 자리매김했습니다.
이름에서 알 수 있듯이, 실리콘-탄소 음극 기술은 기존 흑연 음극재를 더 높은 비용량의 실리콘-탄소 음극재로 변환합니다. 이를 통해 배터리 에너지 밀도와 용량을 크게 향상시켜 전력 부족 문제를 해결합니다. 휴대폰 크기는 그대로 유지하면서 전력 소비는 더욱 빨라집니다. 업계 전문가들의 끊임없는 노력으로 이 기술은 현재 주요 휴대폰 브랜드에 적용되고 있으며, 태블릿이나 웨어러블 기기와 같은 다른 스마트 기기에도 적용되고 있습니다. 현재 가장 인기 있는 탄소-실리콘 음극 배터리는 다음과 같습니다.
실리콘-탄소 음극 전지 기술
기술 원리
실리콘-탄소 음극 전지 기술은 새롭게 부상하는 전지 기술입니다. 실리콘 소재와 탄소 소재의 장점을 결합하여 에너지 밀도와 용량을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 실리콘-탄소 음극 전지 기술에 대한 간략한 요약은 다음과 같습니다.
탄소 음극 배터리 기술의 원리는 주로 실리콘 소재의 높은 이론 비용량과 독특한 합금화 리튬 저장 메커니즘에 기반합니다. 실리콘은 리튬과 반응하여 최대 4200mAh/g의 이론 비용량을 갖는 합금을 형성합니다. 이는 기존 흑연 소재의 372mAh/g보다 훨씬 높습니다. 충방전 과정에서 실리콘 음극은 리튬과 Li12Si7, Li13Si4, Li7Si3, Li22Si5와 같은 다양한 합금상을 형성하여 리튬을 저장합니다. 그러나 실리콘은 합금화/탈합금화 과정에서 큰 부피 팽창 및 수축을 유발하여 배터리 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 실리콘-탄소 음극 기술은 나노 기술, 탄소 코팅 등을 통해 실리콘 기반 소재의 부피 팽창 문제를 개선합니다. 전도도 그리고 사이클 안정성도 뛰어납니다. 실리콘-탄소 복합소재는 산업화 과정에서 가장 빠르게 발전하는 제조 방법으로 자리 잡았습니다. 이는 우수한 안정성, 작은 부피 변화, 우수한 전기 전도성 등의 장점을 가지고 있기 때문입니다.
기술적 장점
실리콘-탄소 양극 배터리 기술이 도입된 후, 주로 다음과 같은 장점이 있습니다. 첫째, 배터리의 에너지 밀도가 크게 향상됩니다. 실리콘 소재의 이론 비용량은 최대 4200mAh/g로 흑연의 약 10배에 달합니다. 이는 리튬 배터리의 에너지 밀도를 크게 향상시킵니다. 둘째, 실리콘-탄소 음극 배터리는 안전성이 더 높습니다. 리튬의 탈리 전위가 낮아 충전 중 표면에 리튬이 석출되는 것을 방지하고 배터리 단락 위험을 줄입니다. 또한, 실리콘-탄소 음극 소재를 적용하면 배터리 비용을 절감하고 전기 자동차의 주행 거리를 늘릴 수 있습니다. 마지막으로, 실리콘-탄소 양극 배터리 기술의 획기적인 발전으로 배터리 용량이 매년 약 10%의 속도로 증가하고 있습니다. 향후 배터리 용량이 6000mAh에 도달하여 사용자에게 더 긴 배터리 수명을 제공할 것으로 예상됩니다.
실리콘 탄소 양극 배터리 재고
탄소-실리콘 양극 배터리 기술은 현재 주로 3C 전자 제품에 사용됩니다. 스마트폰 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 불완전한 통계에 따르면, Honor, Huawei, Xiaomi, vivo, oppo, Lenovo, Realme 등 약 10개 회사가 6개의 실리콘-탄소 음극 배터리를 출시했습니다. 자세한 내용은 다음과 같으며, 특별한 순서는 없습니다. 브랜드의 첫 글자를 기준으로 나열했습니다.
1. 명예 영광
청해호 실리콘 탄소 양극 전지
칭하이 레이크 실리콘 탄소 양극 배터리는 Honor가 독자적으로 개발한 혁신적인 배터리 기술입니다. Honor Magic5 시리즈 휴대폰, 특히 Honor Magic5 Pro 모델에 처음으로 적용되었으며, 5450mAh의 대용량 배터리를 제공합니다.
이 기술은 실리콘 소재의 이론적인 그램 용량이 흑연 소재의 약 10배라는 점을 최대한 활용합니다. 다공성 탄소 골격과 나노실리콘 현장 증착 기술을 사용하여 배터리의 에너지 밀도와 성능을 효과적으로 향상시킵니다. 특히, 다공성 탄소 골격은 실리콘 소재의 부피 팽창을 흡수하고, 충방전 시 응력을 줄이며, 전극 구조의 안정성을 유지하는 3차원 전도성 네트워크를 제공합니다. 나노실리콘 현장 증착 기술은 실리콘 소재를 나노 크기의 입자로 제조하여 배터리의 전기화학 반응 효율을 더욱 향상시킵니다.
이러한 혁신을 통해 칭하이 레이크 배터리의 음극 에너지 밀도는 일반 흑연 음극 배터리 대비 16% 증가했습니다. 2세대 칭하이 레이크 배터리 기술은 Honor Magic 6 휴대폰에 더욱 적용되었습니다. 에너지 밀도가 다시 향상되었을 뿐만 아니라, 저온 배터리 수명 기술에서도 업계의 새로운 돌파구를 마련하여 사용자가 혹독한 환경과 극한 상황에서도 정상적으로 사용할 수 있도록 했습니다. 이는 칭하이 레이크 실리콘-탄소 양극 배터리 기술이 스마트폰의 배터리 수명 향상에 상당한 잠재력과 이점을 가지고 있음을 보여줍니다.
2. 화웨이
화웨이 고실리콘 양극 배터리
Huawei는 배터리 기술 분야, 특히 고실리콘 양극 배터리의 연구 개발에서 상당한 진전을 이루었습니다.이 종류의 배터리는 실리콘 재료를 음극으로 사용합니다.기존 흑연 음극과 비교하여 실리콘 음극은 이론 비용량이 더 높습니다(최대 4200mAh/g).흑연의 372mAh/g를 훨씬 능가합니다.Huawei는 재료 비율과 미세 구조를 최적화하여 실리콘 양극의 전도도와 안정성을 향상시켰습니다.또한 충방전 중 실리콘 재료의 부피 팽창 문제를 해결하고 배터리의 안정성과 사이클 수명을 향상시켰습니다.Huawei Mate Xs 2 Collector's Edition에서 Huawei는 이 고실리콘 음극 배터리를 사용하여 본체를 가볍고 얇게 유지하면서도 4880mAh의 배터리 용량을 달성했습니다.
화웨이의 고실리콘 음극 배터리는 기술 혁신과 성능 향상으로 시장에서 긍정적인 평가를 받고 있습니다. 이 배터리는 에너지 밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 부피 변화 없이 배터리 용량을 획기적으로 개선했습니다. 화웨이는 탄소 코팅 구조와 혁신적인 유연 폴리머 바인더를 사용하여 팽창과 탈락을 방지하고, 리튬 포일을 사용하여 리튬을 보충하여 첫 번째 충방전 효율을 26%만큼 높였습니다. 또한, 실리콘 음극 배터리에 나노 카본 튜브 기술을 적용하여 전도도를 4배 높여 실리콘 음극 배터리의 성능을 더욱 향상시켰습니다.
3. 레노버
싱하이 배터리
싱하이 배터리는 레노버가 자체 개발한 고전압 실리콘-탄소 음극 배터리 기술로, 822Wh/L의 에너지 밀도를 자랑하며, 이는 비보 S19 스트레이트 스크린 휴대폰의 809Wh/L를 능가합니다. 현재 업계에서 폴더블 스크린 휴대폰에 사용되는 가장 진보된 기술 솔루션 중 하나입니다. 싱하이 배터리의 높은 에너지 밀도는 동일한 부피에 더 많은 전기를 저장할 수 있음을 의미하며, 이는 배터리 수명을 연장합니다.
구체적인 사양을 살펴보면, 모토 레이저 50 울트라는 4,000mAh 싱하이 배터리를 탑재하고 있으며 68W 고속 충전 기술을 지원합니다. 모토 레이저 50 기본형에는 4,200mAh 싱하이 배터리가 장착되어 있으며, 30W 유선 고속 충전과 15W 무선 충전을 지원합니다. 이러한 사양은 싱하이 배터리가 높은 에너지 밀도를 가질 뿐만 아니라 빠른 충전 속도를 제공하여 사용자에게 편리한 충전 경험과 더 긴 배터리 수명을 제공한다는 것을 보여줍니다.
4. 오포
빙하 배터리
Glacier 배터리는 OPPO/OnePlus와 CATL이 공동 개발한 고성능 배터리 기술로, 고성능 경험을 추구하는 스마트폰을 위해 설계되었습니다. 이 기술은 차세대 실리콘-탄소 음극 배터리 기술을 사용합니다. 높은 에너지 밀도, 작은 크기, 안정적인 전력 출력, 긴 배터리 수명 및 빠른 충전의 특성을 가지고 있습니다. Glacier 배터리의 음극 실리콘-탄소 함량은 업계 최고인 6%에 도달합니다. 에너지 밀도는 최대 763Wh/L이며 배터리 용량은 6100mAh에 이릅니다. 업계의 실리콘-탄소 음극 배터리에서 달성할 수 있는 가장 큰 용량입니다. 또한 Glacier 배터리의 용량은 일반적인 5000mAh 흑연 배터리보다 3% 작습니다. 더 작은 부피로 더 큰 용량을 제공하는 획기적인 성과를 달성했습니다.
Glacier Battery는 대용량 배터리뿐만 아니라 100W 초고속 충전의 장수명 버전을 지원하여 6100mAh 배터리를 36분 만에 완전히 충전할 수 있습니다. 또한 업계에서 유일하게 "6000mAh 이상 배터리 + 100W 고속 충전"을 달성한 휴대폰입니다. 수명 측면에서 Glacier는 4년 사용 후 배터리 수명이 최소 80%라고 주장합니다. 자체 개발한 새로운 "바이오닉 허니콤 구조 설계"와 "실리콘 카본 양극 수명 알고리즘"을 비롯한 다양한 배터리 수명 기술을 채택했습니다. 이러한 특징 덕분에 Glacier Battery는 배터리 수명과 충전 속도 면에서 업계 최고 수준에 도달하여 사용자에게 매우 긴 배터리 수명을 제공합니다.
5. 리얼미
모인 에너지 배터리
realme GT6 휴대폰의 핵심은 바로 realme 농축 배터리입니다. 최대 6%의 실리콘 함량을 가진 차세대 실리콘-탄소 양극 배터리 기술을 사용합니다. 이 기술은 배터리의 에너지 밀도를 8%까지 높입니다. 이 배터리 기술은 에너지 밀도를 향상시킬 뿐만 아니라, 자체 개발한 실리콘-탄소 양극 수명 알고리즘을 통해 배터리의 내구성을 크게 향상시킵니다. realme GT6는 4년 동안 배터리 수명을 유지할 수 있다고 합니다. 서비스 수명과 업계 최초의 SGS 고에너지 효율 실리콘 카본 음극 배터리 인증을 획득했습니다.
또한 Realme Energy Battery는 8.4mm의 얇고 가벼운 본체에 5,800mAh의 대용량을 탑재하고 있으며, 120W 초고속 100W 플래시 충전을 지원하여 50%까지 12분 만에 충전할 수 있습니다. 또한 UFCS/PPS 다중 고속 충전 프로토콜을 지원하여 사용자에게 편리한 충전 솔루션을 제공합니다.
6. 비보
블루 오션 배터리
블루 오션 배터리는 비보와 CATL이 공동 개발한 배터리 기술입니다. 혁신적인 배터리 소재와 구조 설계를 통해 배터리 용량, 충전 속도, 그리고 배터리 수명을 종합적으로 최적화하는 것이 핵심 특징입니다.
이 기술은 음극 흑연 재구성 기술, 슈퍼 폴피스 냉간 압착 기술, 그리고 마이크론급 레이저 어레이 에칭 기술을 활용하여 배터리 에너지 밀도를 향상시켜, vivo X100 Pro는 5,400mAh에 해당하는 초대용량을 구현하고 100W 듀얼 코어 플래시 충전 기술도 지원합니다. 블루 오션 배터리 기술은 "오픈 소스, 스로틀링, 효율 향상"의 세 가지 주요 전략을 통해 동일 용량에서 더 많은 에너지를 저장하며, 기존 흑연 배터리 대비 에너지 밀도를 9% 향상시켰습니다.
블루 오션 배터리 기술은 저온 환경에서의 성능에도 특별한 주의를 기울였습니다. 반고체 배터리 기술을 통해 액체 전해질에 고체 전해질을 첨가하여 추가적인 전도성 네트워크를 형성합니다. 이는 에너지의 정상적인 전달을 보장하고 저온 환경에서도 안정적인 배터리 수명을 제공합니다. 또한, vivo X Fold3 시리즈의 업그레이드된 블루 오션 배터리에는 블루 오션 배터리가 탑재되었습니다. 음극 소재는 2세대 실리콘을 사용했으며, 에너지 밀도는 780Wh/L에 달하여 이전 세대보다 15.4% 더 높습니다.
7. 미
진샤장 배터리
진샤장 배터리는 샤오미가 개발한 고성능 배터리로, 샤오미 14 울트라 휴대폰에 처음 사용되었습니다. 이 배터리는 샤오미 역사상 가장 높은 에너지 밀도인 779Wh/L에 달하는 높은 에너지 밀도로 유명합니다. 진샤장 배터리는 최신 실리콘-탄소 음극 기술을 사용합니다. 최대 6%의 실리콘 함량을 자랑하며, 1,600회 충전 후에도 80%의 배터리 수명을 보장합니다. 크기 면에서 진샤장 배터리는 이전 세대보다 8%가 작지만, 배터리 용량은 5300mAh로 증가하여 배터리 수명이 17% 증가했습니다.
진사강 배터리는 유기 고분자 화합물과 현장 필름 형성 기술을 결합하여 생체 자가치유 탄성 장벽을 형성합니다. 이는 필름의 연성을 크게 향상시키고 여러 사이클 동안 발생하는 입자 균열을 신속하게 복구합니다. 또한, 고강도 구리 포일과 고인성 접착제를 사용하여 뛰어난 성능을 보장합니다. 기술 측면에서 진사강 배터리는 에너지 탱크 기술을 사용하여 극판 표면에 2,376개의 유로를 형성합니다. 이를 통해 전해액과 극판 사이의 접촉 면적이 증가하고 배터리의 에너지 밀도가 향상됩니다. 이러한 기술을 적용하여 진사강 배터리의 용량, 내구성 및 안전성이 크게 향상되었습니다.
요약
스마트폰이 점점 더 풍부하고 강력해짐에 따라, 배터리 수명 부족이라는 문제에 직면하게 되었습니다. 실리콘-탄소 음극 배터리 기술은 높은 에너지 밀도와 용량을 통해 이러한 문제에 대한 효과적인 해결책으로 자리 잡았습니다. 이 기술은 실리콘 소재의 높은 이론 비용량과 탄소 소재의 안정성을 결합하여 배터리 성능을 크게 향상시킵니다. 비용 절감은 물론 배터리 안전성과 사이클 수명도 향상시킬 수 있습니다. 통계에 따르면, 실리콘-탄소 음극 배터리 기술은 거의 10개 브랜드의 스마트폰에 적용되었습니다. 이 기술은 배터리 용량과 내구성 향상에 있어 엄청난 잠재력을 분명히 보여줍니다. 기술이 지속적으로 최적화됨에 따라 향후 배터리 용량은 매년 약 10%의 속도로 증가할 것으로 예상됩니다. 이 기술은 사용자에게 더욱 긴 배터리 수명을 제공할 수 있습니다.
