長久以來，我們習慣了用 「mAh」 來標示手機電池容量，比如 iPhone 4 電池容量是 1420mAh，初代小米電池容量是 1930mAh，現在的 iPhone 15 Pro 是 3374mAh，小米 14 Pro 是 4880mAh。
根據電池容量，我們很容易判斷出不同手機電池存儲能量哪個多哪個少，是吧？
但是我要說，這種判斷可能會是錯誤的。
比如 vivo 的 X100 系列，X100 Pro 的電池容量是 5400mAh，X100 Ultra 的電池容量是 5500mAh。
按照常識，我們會認爲 X100 Ultra 電池容量大於 X100 Pro，所以 X100 Ultra 的電池能量也比 Pro 高，實際上，X100 Pro 電池能量是 21.01Wh，Ultra 是 20.90Wh，Pro 電池的能量更高。
但是這又不是絕對的，如果你各買一臺手機，實際測得的電池能量，X100 Ultra 有可能比 Pro 更高。
聽到這裏，大家可能被我繞暈了，沒關係，接下來我給大家解釋這到底是怎麼一回事。
電池容量
這就要從中學物理知識開始說起，關於電量的單位通常用 Wh 或者 kWh 表示， 1kWh 就是我們在生活中習慣說的 “1 度電”。
W 是功率單位，h 是時間單位，功率乘以時間，就是電量。
但電池的容量是 mAh，而不是 Wh 或 kWh，它表示一個什麼呢？就是在特定的電壓下，電池能以多少 mA 的電流放電多少小時，比如 5000mAh 就是能 5000mA 的電流放電 1 小時，而特定的電壓就是電池的電壓。
中學物理學過，P（W）=U（V）I（A），功率等於電壓乘以電流，電池容量 mAh 已經有電流和時間，再乘以電池電壓，單位就變成 mA·V·h，也就是電池電量 Wh。
所以一塊電池的容量（電量）要用電池容量乘以電池電壓，不過每塊電池，標稱的電壓其實是不同的。
在 vivo X100 系列相應的產品詳情頁下方，特別用小字註明了電池容量和電壓。
比如 X100 Ultra 的標稱電壓是 3.80V，而 Pro 的標稱電壓是“等效”於 3.89V，再乘以各自電池容量 5500mAh 和 5400mAh，最後能量就是前面提到的 20.90Wh 和 21.01Wh。
即使 vivo X100 Pro 電池能量高，因爲電池電壓高，電池容量數值反而低了。
對比更明顯的是，vivo X100 Pro 是雙電芯單接口串聯設計，標稱電壓應該是 7.78V，所以電池的典型容量應該是 2700mAh。
實際使用過程中，電壓會出現變化，電池能量充足時，電池輸出的電壓可能高於 4V，電池能量低時，電壓可能只有 3V。
現在，我再來給大家解釋爲什麼實際購買的手機，X100 Ultra 的電池能量有可能比 Pro 更高。
再看這部分小字，我們會發現除了上面標註的「典型容量」，下面還會有「額定容量」，典型容量會比額定容量高。
實際上，幾乎所有國產手機電池上都會這樣標註。
*畫面來源於 B 站@微機分WekiHome
典型容量是電池容量的平均值，因爲每塊電池實際容量不可能絕對一樣。而額定容量是在 IEC 61960 標準測試條件下的容量最小值。
如果我們買到的 vivo X100 Pro 電池容量接近額定容量，而 vivo X100 Ultra 接近典型容量，那麼 vivo X100 Pro 的電池能量 20.47Wh 就將低於 Ultra 的 20.90Wh 。
這樣大家能理解了吧。
另外，因爲典型容量比額定容量高，所有手機廠商在宣傳電池續航所用數據都是典型容量，這也導致咱們購入手機電池實際容量可能低於宣傳的數字。
站在消費者角度，代表最小值的額定容量纔是可信度更高的數據，目前OPPO、榮耀等機型都有標註。
電池容量數據把人繞暈的還有充電寶，標稱容量和額定容量往往會差很多。
比如這款小米的充電寶，宣傳的電池容量是 10000mAh ，而額定容量只有 5600mAh，第一次看到這數據，大家會不會和我一樣疑惑，充電寶的電轉化效率這麼低嗎？
如果你明白了前面的手機電池的電壓不同，容量也會不同，大概也明白這裏爲什麼會這樣了。
在這個 10000mAh 旁邊標註了 3.7V，表示電芯容量是在 3.7V 電壓情況下計算得到的， 10000mAh 乘以 3.7V，電芯能量也就是 37Wh。
而 5600mAh 旁邊標註的是 5V/3A，表示額定容量是在 5V 的輸出電壓下計算得到的，所以輸出能量是 5600mAh 乘 5V，得到 28Wh。
也就是電芯儲存 37Wh 的能量，輸出能量是 28Wh，轉化效率差不多是 76%。
以上是手機電池和充電寶在電池容量和能量之間的轉換關係。
硅碳負極
不過，除了這些，現在的手機產商在宣傳電池時不僅僅是誇電池容量有多大，而且會有很多名詞，比如青海湖電池，金沙江電池，藍海電池。
榮耀的青海湖電池和小米的金沙江電池都宣傳了「硅碳負極技術」。
vivo 的藍海電池沒有直說是硅碳負極技術，但是 vivo X100 Pro 裏提到碳元素重組，到 X100 Ultra 又改變宣傳文案，變成了高硅負極技術，綜合起來應該也是硅碳負極技術。
此外，vivo 還宣傳了藍海電池的「半固態電池技術」。
咱們先來說說這個「硅碳負極技術」。
在榮耀 Magic 5 Pro 上，首次把電池的負極由石墨換成硅碳材料，由此提升電池的能量密度。這個硅碳材料到底是什麼，它爲什麼被這麼多手機廠商用來宣傳？
先從鋰電池歷史說起。
現在我們知道，不管是現在的手機電池還是汽車電池，都是鋰離子電池，鋰化合物作爲正極，石墨或硅碳材料作爲負極。
但在 1970 年，斯坦利·惠廷厄姆剛發明鋰離子電池時，正極是硫化鈦，負極是金屬鋰，金屬鋰因爲太活躍，非常容易燃燒。
於是，科學家開始尋求能夠釋放和結合鋰離子，並且更安全的材料。
1980 年，約翰·古迪納夫的團隊發現適合電池的正極材料鈷酸鋰。
1982 年，美國伊利諾伊理工大學發現石墨可以結合鋰離子，適合用作鋰電池的負極材料。
1985 年，日本化學家吉野彰以鈷酸鋰作爲正極，石墨作爲負極，製造出第一塊鋰離子電池並獲得專利，後來索尼在 1991 年把鋰離子電池商業化。
斯坦利·惠廷厄姆、約翰·古迪納夫、吉野彰三個人因爲對鋰電池發展的傑出貢獻，獲得了 2019 年的諾貝爾化學獎。
鋰電池正極材料選擇比較多，除了鈷酸鋰，還有錳酸鋰、鎳酸鋰、鎳鈷錳三元鋰、磷酸鐵鋰。
而負極材料，在很長時間裏，都是石墨，直到最近兩年，咱們纔開始頻繁在手機廠商宣傳上看到新的一個詞——硅碳負極。
其實把硅用於鋰電池的實驗早已在上個世紀 70 年代便開始進行，相比於石墨這種材料，硅作爲負極，比容量更高。
所謂比容量，就是電池每單位體積或重量能輸出或儲存的容量，石墨比容量是 372mAh/g，純硅的比容量最高可以達到 4200mAh/g，比石墨高出 10 倍多。
只不過因爲硅的電導率和鋰離子的擴散係數較低，硅在電化學循環時會產生高於 300% 的體積膨脹，這種膨脹會破壞電池內部結構，在充放電循環 10 次後，電池就會損失大部分能量，沒辦法使用。
於是，研究人員找到一種方法，把硅納米化，納米化的硅能減輕體積膨脹帶來的影響，延長使用壽命。再用碳來包裹納米化的硅，就有了硅碳負極。
添加的硅能提高負極材料的比容量，碳材料緩衝硅在鋰化時的體積膨脹，碳還有優秀的導電性，彌補硅的導電劣勢。
於是，我們可以看到榮耀 Magic 5 Pro 的青海湖電池運用硅碳負極後，電池的能量密度比提升了 12.8%，讓硅碳電池在手機行業出了一把風頭，小米和 vivo 紛紛跟進。
但這不是硅碳電池第一次進入大衆視野，在 2020 年，特斯拉就宣佈他們將在汽車中使用硅碳負極電池 4680，並於 2022 年實現量產，今年 6 月初已經生產了 5000 萬枚。
在不久之後，我們應該能見到硅碳負極電池下放到更多低端手機上面。
半固態電池
vivo 藍海電池提到的所謂「半固態電池」，就是改進鋰電池中的另一種物質電解液。
一塊鋰電池組成除了電池封裝、正負極，還有電解液和只有鋰離子能通過的薄膜。正負極咱們前面已經說了，電解液的作用是在正負極之間傳輸鋰離子。
目前的電解液通常採用有機溶液，有機溶液雖然應用廣泛，但安全性不那麼好，易燃、易腐蝕、還會逐漸析出鋰枝晶。鋰枝晶有刺穿薄膜，造成正負極短路的風險。
此外，在低溫環境下，有機溶液的粘度增大，傳輸鋰離子的效率降低，導電率下降，這也是鋰電池在低溫下續航降低的原因。
所謂半固態，就是把電解液替換成固體電解質和起到浸潤作用的電解液，可以提高安全性，低溫下更穩定，能量密度更高。
vivo 的藍海電池便是強調低溫下的優異性能。
當然了，鋰電池的終極形態還是「固態電池」，純固態電解質代替電解液，鋰電池安全性大大提高，並且能量密度還能顯著提高。
不過，因爲沒有液體的電解質，固態電解質與正負極的接觸面積變小，出現阻抗增大的問題，此外，固態電池的生產成本更高。
既然碳負極通過材料的進步，將硅納米化後實現硅碳負極，固態電池的發展關鍵依然是材料科學的發展，21 世紀果然還是材料的世紀。
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