国産携帯電話のバッテリー寿命が急上昇した秘密はサプライチェーン技術か、それとも自社研究か?

スマートフォンの画面がますます大きくなったため、フィーチャーフォンの時代に数日間充電するという経験は、かつてないほど良くなったように思えます。

それでは、以前のフィーチャーフォンの画面使用時間はどれくらいでしたか？1日1時間でしょうか？最近のスマートフォンは多機能で画面も大きく、画面の使用時間は少なくとも5〜6時間です。

過去1年間に発売された国内フラッグシップモデルを使ったことがある人ならわかると思いますが、バッテリーの持ちは大きく進化しており、基本的に2日おきの充電が可能です。携帯電話のバッテリーはどのようにしてわずか十数年で現在のレベルにまで発展したのでしょうか?青海湖バッテリー、ブルーオーシャンバッテリー、金沙江バッテリーなどメーカーが過去1年間に相次いで発売した技術とは何ですか？なぜ時点がこれほど近いのでしょうか？

ニッケルからリチウムへの飛躍

新世代の携帯電話ユーザーは、「電池が使い果たされる前に充電すると電池容量が小さくなる」という魔法の理論を聞いたことがないかもしれません。これが初期の携帯電話です。ニッケルカドミウム電池の大きな欠点の 1 つは、メモリー効果です。その後、ニッケル水素電池が登場し、メモリー効果は大幅に改善されました。

2000 年代に入るまで、リチウムイオン電池の材料と製造技術は大幅な革新を経験し、コストは大幅に低下し、エネルギー密度は増加し、電池のメモリー効果の問題は解決されました。これらの改良により、リチウムイオン電池はすぐに携帯電話業界の標準的な選択肢となり、業界全体が正式にリチウム電池時代に突入しました。

従来のリチウム電池は液体電解質を使用するため、電池の形状とサイズが制限されます。電解液は漏れや腐食を防ぎながら電池内で安定に保つ必要があるため、ハードケースが使用されることが多く、電池の形状設計が制限されます。さらに、液体電解質は、高温または過充電にさらされると膨張または燃焼する可能性があります。

その後、リチウムポリマー電池はリチウムポリマー電池に進化し、コロイド電解質または固体電解質を使用し、アルミニウムフィルムでパッケージされており、サイズと形状の自由度が高く、電子製品に柔軟に適応できます。ますますコンパクトな内部空間。バッテリーの熱的および機械的安定性も向上し、安全性のリスクが軽減されます。

携帯電話のバッテリー技術がリチウムポリマーに発展した後、リチウムバッテリーのグラファイト陽極の限界が徐々に現れたため、長い間大幅なアップグレードが行われていませんでした。

グラファイトアノードの理論上の比容量は 372mAh/g に制限されており、リチウムイオンの拡散速度が低いため、バッテリーのエネルギー密度と急速充電能力の向上が制限されます。

素材自体の性能の欠点に加えて、再生不可能な資源である天然黒鉛は多くの問題にも直面しています。

米国地質調査所（USGS）のデータによると、2020年の世界の黒鉛埋蔵量は約3億トンで、現在の採掘率によると、世界の黒鉛資源は2050年までに枯渇すると予想されています。一方、天然黒鉛は天然資源であるため、天然ガスや石油などの地理的要因にも影響され、その供給は安定していません。

人造黒鉛は天然黒鉛が引き起こす問題をある程度回避できますが、人造黒鉛の製造過程では多量のエネルギーが必要となり、適切に処理されないと多量の廃水が発生し、深刻な土壌や水の原因となります。環境汚染を防ぎ、「環境に優しい」という名の「新エネルギー」であることは、本末転倒です。

ビジネスに最も重要な影響を与える要素、それは興味です。現在の製造プロセスに基づくと、同じ純度の人造黒鉛は天然黒鉛よりも 20 ～ 30% 高価です。天然黒鉛資源はますます少なくなり、天然黒鉛の価格はますます高価になります。

したがって、グラファイトに代わる材料を見つけることは、リチウム電池業界における最も重要な開発方向の 1 つとなっています。

次世代リチウム電池: シリコンカーボンアノード

青海湖バッテリー、ブルーオーシャンバッテリー、金沙川バッテリーのいずれであっても、彼らはすべてプロモーションで「シリコンカーボンアノード」について言及しています。これは次の解決策でもあります。現在のバッテリー問題の主要技術。

負極材料としてのグラファイトの欠点は上で述べましたが、それに代わる材料はありますか? はい、それはシリコンです。

アノード材料としてのシリコンの理論比容量は最大 4200mAh/g で、これはグラファイトのほぼ 11 倍です。これは、シリコン負極を使用したリチウム電池は理論的にはエネルギー密度を大幅に向上させることができ、それによって電池寿命が延長され、再充電回数が減少することを意味します。

ただし、シリコン材料は充電および放電中に最大 300% の体積膨張を起こし、この大幅な体積変化により電極材料の破壊が発生し、電池のサイクル寿命が短くなります。

この課題を克服するために、科学者はシリコンと炭素の複合材料を開発しました。シリコンナノ粒子を炭素材料と組み合わせることで、炭素材料の安定性を利用してシリコンの体積膨張を抑制し、炭素の導電ネットワークを通じて全体の導電性を向上させることができます。

シリコンカーボン負極技術は電池性能を向上させる大きな可能性を秘めていますが、プロセス上の困難は依然として存在します。シリコン炭素アノードの調製には、材料のナノ構造を正確に制御し、シリコンと炭素が均一に分布するようにする必要があります。さらに、バッテリー製造時の初回の効率とサイクルの安定性も、克服する必要がある重要な課題です。

Group14 と ATL

実際、シリコンカーボン負極電池技術は 1970 年代には実現可能性の検証に合格していましたが、なぜ昨年まで多くの消費者端末に採用されなかったのでしょうか?

2つの企業について触れなければなりません。1つは寧徳新能源と東莞新能源の親会社である有名なATL（新能源）で、もう1つは新興企業のグループ14です。

2023年2月28日、Group14は次世代スマートフォンなどの3C製品に電力を供給するためにATLにSCC55材料を供給したことを正式に発表し、SCC55電池材料を使用した携帯電話が間もなく発売されると述べた。

1週間後の3月6日、Honorはシリコンカーボンアノードバッテリー技術であるMagic5シリーズを搭載した世界初のスマートフォンをリリースしました。また、業界メディアTechInsightsは、この技術の実装がGroup14のバッテリー材料製品SCC55によって主導されていることを確認しました。

また、Up のメインマイコンの有名な分解ビデオでも、青海湖バッテリー、ブルーオーシャンバッテリー、金沙江バッテリーのいずれであっても、それらはすべて新能徳会社によって製造されており、ATL セルを使用していることがわかります。このことから、彼らが使用しているシリコンカーボンアノード技術には、グループ 14 の SCC55 材料が使用されていると基本的に推測できます。

なぜ Group14 の SCC55 でなければならないのですか?なぜなら、シリコン・カーボン負極材料を量産できる企業は現時点では多くなく、その中でグループ14が最大のシェアを持っているからだ。

明日のスター: SCC55

SCC55を正式に紹介する前に、まずGroup14がどのような会社なのか簡単に理解しましょう。

シリコンは元素周期表で 14 位に位置しており、Group14 の「14」はそこから来ています。 2015年に設立されたこの企業は、エネルギー貯蔵問題の解決を支援するために、リチウムイオン電池をリチウムシリコン負極電池に変換することに取り組んでおり、ATL、SK Materials、Porscheなどの企業からの投資を次々と受けており、その累計額は2000億円を超えています。 6億ドルのリチウム電池業界のトッププレイヤーです。

シリコンカーボンアノードは、国内外の多くの企業が取り組んでおり、多くの企業が「PPT」で非常に素晴らしいパラメータを公開しています。しかし、それらの多くは依然として実験室または理論上の状態にとどまっており、大量生産の要件を満たすには程遠いです。

Group14 は、大規模な量産をほぼ初めて達成し、用途においても比類のない利点を持っています。

SCC55 の独自性はその構造設計にあります。この材料は、カーボン足場に埋め込まれたシリコン ナノ粒子で構成されています。この構造により、シリコン粒子が電解液と完全に接触することが可能になり、電池の充放電効率が向上します。さらに、カーボン足場は、充電および放電中にシリコン粒子が膨張および収縮するのを防ぐ機械的サポートを提供します。

したがって、SCC55シリコン陽極バッテリーのエネルギー密度は従来のリチウムイオンバッテリーよりも50%高く、充電速度は速く、理論的にはわずか数分しかかかりません。

SCC55 材料は、ボタン電池からソフトパック電池まで、プロセスを再調整することなく、SCC55 をあらゆるリチウムイオン電池生産ライン、スーパーファクトリー、または電池設計にシームレスに組み込むことができます。

コンセプトと比較して、大規模な量産が収益性の基礎です。

Group14 の 2 段階のプロセスによりスケーリングが簡単になり、最初にカーボンを合成してカーボン足場を作成し、次に足場内にシリコンを作成して内部空隙を調整し、最終的に素晴らしい SCC55 を形成します。具体的なプロセスの詳細は、Group14 によってすでに世界特許として申請されており、そのビジネス帝国の基礎となっています。

Group14 は、必要な場所にあらゆる規模の工場 (BAM 工場) を構築するための、簡単に複製できるプロセスも設計しました。各モジュールは自己完結型で、年間 10GWh の材料を生産できます。必要に応じて、任意の数のモジュールを組み合わせて、任意のサイズの BAM ファクトリを形成することもできます。

生産能力の点では、米国ワシントン州ウッディンビルにあるGroup14のBAM-1工場は現在、世界のバッテリー生産市場の95%を占める65社以上の顧客に製品を供給しており、アジア、ヨーロッパなどにも展開されています。地域。確かなのは、BAM-1工場の生産量が10GWhを超え、約10万～20万台の電気自動車のニーズを満たすことができるということだ。

順調に生産が進めば、ワシントンのBAM-2工場の生産能力はBAM-1の2倍となり、2024年には世界最大の先端シリコン負極電池技術工場となる。

最後に書いてあります

業界関係者はよく「サプライチェーン技術がすべてではない、自己研究はどうするの？」と嘲笑します。 結果から判断すると、各社のシリコンカーボン負極セルはいずれもATL製であり、材質はSCC55である可能性が高いと思われる。

しかし、実際には、サプライチェーンと製造業者間のコミュニケーションは、多くの場合、双方の共同努力の結果として行われる一方的なものではありません。たとえて言えば、サプライチェーンのテクノロジーは食材のようなもので、最終製品は依然としてシェフの調理技術と味付けに依存します。

この記事で説明した電池寿命を例にとると、シリコンカーボン負極電池の量産アプリケーションが鍵となります。シリコンカーボンアノードの理論上のエネルギー密度は、従来のグラファイトアノードよりもはるかに高く、バッテリー寿命を大幅に向上させることができます。 Group14 の SCC55 材料は、現在最も代表的なシリコンカーボン負極材料の 1 つであり、優れた性能と量産能力を備えています。

同時に、さまざまな携帯電話メーカーもバッテリーのパッケージングプロセス、電源管理、システムスケジュールなどを最適化し、最終的に消費者が優れたバッテリー寿命を備えた携帯電話を入手できるようになりました。

この記事のタイトルにある質問については、誰もが独自の理解を得ることができます。

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