Отечественные аккумуляторы имеют большую емкость, но не могут использоваться за рубежом.

Говоря о Samsung Galaxy Z Fold7, который был представлен на прошлой неделе, помимо стартовой цены в 13 999 долларов, есть две наиболее популярные данные:

Все хвалили толщину 8,9 мм и оставили множество комментариев по поводу аккумулятора емкостью 4400 мАч.

Если взглянуть на китайские бренды смартфонов, то емкость в 6000 мАч уже стала практически флагманским стандартом, и вскоре она сравняется с емкостью некоторых внешних аккумуляторов.

Однако, если взглянуть на два крупнейших бренда, Apple и Samsung, которые задают и устанавливают стандарты в отрасли, то можно увидеть, что они отстают в плане зарядки и времени автономной работы. В конечном счёте, всё сводится к одному предложению:

Очень хорошо, но жаль, что 4400 мАч.

Неужели всё так просто, как кажется? Apple и Samsung ежегодно инвестируют более 50 миллиардов долларов в исследования и разработки. Неужели это просто потому, что они «не хотят производить большой аккумулятор»?

——Конечно, нет. Согласно исследованию iFanr, ситуация с ёмкостью аккумуляторов в последние годы выглядит следующим образом:

• Жесткая конкуренция по параметрам на внутреннем рынке, высокие требования потребителей и внедрение технологических достижений во всю цепочку производства аккумуляторов в совокупности способствовали популяризации аккумуляторов высокой плотности и большой емкости, представленных кремний-углеродными аккумуляторами, в отечественных мобильных телефонах.
• Однако на основных международных рынках, включая США, ёмкость аккумуляторов мобильных телефонов ограничена «20 ватт-часами на ячейку». Превышение этого лимита значительно увеличит затраты на логистику и соответствие требованиям, поэтому большинство моделей иностранных и отечественных брендов могут похвастаться лишь лимитом в 20 ватт-часов.
• Поскольку продукция отечественных брендов в основном продается на внутреннем рынке, они могут позволить себе дополнительные затраты на логистику и время, связанные с большими батареями (например, их нельзя перевозить по воздуху, а можно только по суше).
• Хотя батареи с отрицательным электродом из кремния и углерода могут достигать сверхвысокой плотности энергии, их долговечность и безопасность еще предстоит проверить.

Новая технология аккумуляторов в Китае

За последний год технологии аккумуляторов в отечественных мобильных телефонах совершили «большой скачок вперёд». Только за первую половину этого года мы стали свидетелями того, как флагманские смартфоны Xiaomi, Huami, OV и Vivo приблизились к рубежу в 6000 мАч или достигли его, а компактные складные телефоны преодолели рубеж в 5000 мАч. Аккумуляторы моделей среднего и бюджетного класса начали преодолевать семизначную отметку, что позволяет назвать их портативными зарядными устройствами, способными совершать звонки.

Нет сомнений, что в этом году отечественные потребители пользуются самыми мощными и емкими в мире мобильными телефонами, намного превосходя по этому показателю любую другую страну.

Изображение: официальный сайт Xiaomi

Героем этого яркого и динамичного мира, естественно, являются быстро совершенствующиеся литиевые аккумуляторы высокой плотности с отрицательным электродом из кремния и углерода . В отчёте об аккумуляторной отрасли, опубликованном Tianfeng Securities ранее в этом году, отмечалось:

Наблюдается явная тенденция к легированию кремнием аккумуляторов мобильных телефонов, доля которого составляет 5–10%, не ограничиваясь моделями высокого класса. В этом году Huawei, vivo, OPPO, Honor, OnePlus, Xiaomi и другие компании выпустили мобильные телефоны с использованием материалов для отрицательных электродов на основе кремния. Эта тенденция очевидна как для флагманских моделей, так и для устройств среднего и бюджетного класса, что значительно увеличит использование кремний-углеродных отрицательных электродов.

В то время как текущая удельная емкость литиевых батарей с графитовым отрицательным электродом близка к теоретическому пределу, кремниевые отрицательные электроды могут увеличить теоретический верхний предел с 372 мАч/г графита почти в десять раз до 4200 мАч/г.

Что означает возможность десятикратного улучшения теоретической удельной емкости?

Это означает, что плотность энергии каждого элемента аккумулятора резко возросла, что критически важно для малогабаритных электронных устройств, таких как мобильные телефоны. Эти улучшенные показатели в миллиамперах можно преобразовать в маркетинговые данные, что ещё важнее для внутреннего рынка мобильных телефонов, который превратился в «рукопашную битву».

Рисунок｜IDC

Почему зарубежные страны не используют хорошие вещи из Китая?

Думаете ли вы, что Apple и Samsung, которые ежегодно тратят десятки миллиардов на исследования и разработки, не знают, что большие батареи — это хорошо, или что у них нет технологий для использования больших батарей?

Очевидно, что нет.

Кремний-углеродные аккумуляторы не монополизированы китайскими компаниями. Более того, японские и корейские компании, такие как Shin-Etsu Chemical, 3DC Co., Ltd., SK Materials и Posco Silicon Solutions, владеют множеством технических патентов, связанных с кремний-углеродными анодами, и играют важную роль в НИОКР и производстве:

SK Materials и американская компания Group14, производящая кремний-углеродные материалы, совместно открыли завод по производству кремний-углеродных материалов для отрицательных электродов в Санджу, Южная Корея.

Так почему же мы не видим больших аккумуляторов емкостью 5000 или 6000 мАч на iPhone и Galaxy?

На самом деле, есть ещё один фактор, сдерживающий развитие Apple и Samsung: Рекомендации ООН по перевозке опасных грузов. А именно, Специальное положение 188.

В постановлении говорится:

1. Если емкость одной ячейки литиевой батареи составляет менее 20 Вт·ч, она считается «малой батареей» и может перевозиться по упрощенным правилам с низкими затратами.
2. Как только емкость одной ячейки аккумулятора превысит 20 Вт·ч, аккумулятор будет классифицирован как «опасный груз» и должен перевозиться в соответствии со строгими требованиями к упаковке, маркировке, декларированию и защитным нормам транспортировки в международной логистике, что резко увеличит транспортные расходы.

Слева направо: литиевые батареи относятся к категории 9 «другие опасные грузы» по классификации UN3480 и могут перевозиться только грузовыми самолетами | Epec

К товарам, на которые в наибольшей степени распространяется это специальное регулирование, естественно, относятся смартфоны, такие как iPhone и Samsung Galaxy, а также международные модели отечественных брендов.

Компании Apple и Samsung, которые ежегодно поставляют более 200 миллионов мобильных телефонов по всему миру, если они не хотят, чтобы стоимость доставки резко возросла, должны ограничить общую энергию аккумулятора до менее 20 Вт·ч.

На самом деле они так и сделали.

• Если взять в качестве примера iPhone 16 Pro Max, то в нем используется аккумулятор емкостью 4685 мАч с номинальным напряжением 3,88 В, что эквивалентно 18,17 Вт·ч.
• Аналогично общая энергия аккумулятора S25 Ultra составляет 18,84 Вт·ч.
• Аккумулятор Z Fold7 емкостью 4400 мАч, который высмеяли многие пользователи сети, имеет общую энергию 17 Втч.

Важно понимать, что дело не в том, что Apple и Samsung не могут себе позволить большие аккумуляторы, а в том, что им нужно больше внимания уделять рынкам за пределами Китая, чем внутренним производителям. Они хотят снизить логистические расходы и сохранить рентабельность, чтобы обеспечить непрерывные исследования и разработки, поэтому могут отдавать приоритет только небольшим аккумуляторам.

Конечно, Apple и Samsung придерживаются ограничения в 20 ватт-часов не только из-за международных правил перевозки опасных грузов. Будучи крупными компаниями, работающими по всему миру, с точки зрения бизнеса, их стратегии промышленного проектирования и закупок продукции неизбежно консервативны, включая технологии аккумуляторов. В конце концов, Samsung, в особенности, не хочет вновь пережить кошмар взрыва Note 7…

В любом случае, если международная система безопасности логистики не будет ослаблена, аккумуляторы для мобильных телефонов Apple и Samsung не смогут сделать большой скачок вперед в ближайшие год-два.

Но здесь нужно сделать небольшое отступление: не позволяйте маленькому аккумулятору Samsung Z Fold7 обманывать себя, его производительность весьма впечатляет: после 2000 циклов зарядки и разрядки доступная емкость может сохраняться на уровне более 80%, что значительно превышает 800-кратный предел, установленный новыми нормами ЕС.

Долговечность аккумулятора, изготовленного по технологии кремниево-углеродных отрицательных электродов, которую предпочитают китайские производители, еще предстоит проверить.

SM-F966B/DS — это европейская версия Samsung Z Fold7, в левом нижнем углу отображается 80% оставшегося цикла, что составляет 2000 циклов.

Текущее состояние кремний-углеродных аккумуляторов — это просто «Татхагата».

Хотя технология кремний-углеродных аккумуляторов в настоящее время позволяет достичь сверхвысокой плотности энергии, она также имеет два основных недостатка, которые пока не устранены:

Физическое расширение кремниевого отрицательного электрода и сокращение срока службы.

Композиты кремний-углерод для анодов литиевых аккумуляторов | Novarials

Как упоминалось в предыдущей статье iFanr о внешних аккумуляторах, во всех современных литий-ионных аккумуляторах в качестве материала отрицательного электрода используется графит, в то время как в кремний-углеродных аккумуляторах материал отрицательного электрода из графита заменен на композитный материал из кремнийсодержащего углерода (графита).

Однако кремний претерпевает значительное расширение объёма в процессе зарядки. Хотя степень расширения композитного материала не столь велика, как у чистого кремниевого отрицательного электрода (400%), она всё же значительно выше, чем у графита, составляющего всего 10%. Нельзя игнорировать проблему усталости материала, вызванную длительным многократным расширением и сжатием .

Вы ведь не хотите, чтобы ваш телефон стал таким, верно?｜Руководство Тома

С другой стороны, кремний в составе кремний-углеродного композитного материала химически более активен, чем графит, и с большей вероятностью вступит в химическую реакцию с электролитом. Это приведет к многократному разрыву и восстановлению «твердоэлектролитной плёнки» на поверхности отрицательного электрода во время цикла воспроизведения, что приведет к ускоренному расходу ионов лития и электролита.

Макропроявлением этого потребления является то, что доступная емкость кремний-углеродных батарей снижается быстрее.

Для обычных людей эти две проблемы означают, что , хотя кремний-углеродные батареи обладают большой емкостью и высокой мощностью, «предупреждение о состоянии батареи» может появляться на вашем мобильном телефоне быстрее, а срок службы батареи может сокращаться более значительно .

Таким образом, хотя в конце прошлого и начале этого года большинство флагманских моделей отечественных автомобилей использовали батареи из высокоуглеродистого кремния или аналогичные технологии, для подтверждения долговечности и срока службы этих батарей потребуется время.

Конечно, китайский рынок перенасыщен смартфонами, выбор слишком велик, а стоимость замены телефона невысока. Именно поэтому большинство китайских производителей Android-устройств обещают лишь 300–500 циклов воспроизведения, указывая максимальное количество циклов. Китайские потребители, возможно, уже успели заменить свои телефоны до того, как аккумулятор разрядится.

Более того, с точки зрения коммерческой эксплуатации, относительно высокий уровень товарооборота на внутреннем рынке и более низкие затраты на замену батарей могут сделать его единственным местом в мире, которое может позволить себе войну на истощение за кремний-углеродные батареи .

По этой причине тот факт, что Apple и Samsung на протяжении стольких лет не меняли емкость аккумуляторов, нельзя назвать пустой тратой времени — нормативные препятствия, с которыми сталкиваются продукты при международной транспортировке и трансграничных продажах, гораздо серьезнее, чем мы себе представляли, и нам сложно их обнаружить, когда мы имеем дело с моделями с большой емкостью аккумулятора, которые продаются только на внутреннем рынке.

С другой стороны, для отечественных производителей мобильных телефонов многочисленные препятствия, с которыми они сталкиваются при выходе на зарубежные рынки, связаны не только с аккумуляторами.

Рисунок｜36Кр

#Добро пожаловать на официальный публичный аккаунт WeChat проекта iFanr: iFanr (WeChat ID: ifanr), где в ближайшее время вам будет представлен еще более интересный контент.

iFanr | Исходная ссылка · Просмотреть комментарии · Sina Weibo